89001620 Instalacion y Acoplamiento de Transformadores

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

ELECTRICISTA INDUSTRIAL

MANUAL DE APRENDIZAJE

INSTALACIÓN Y ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES CÓDIGO: 89001620

INSTALACIÓN Y ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES

ÍNDICE

CONTENIDO

TAREA N° 1: DETERMINA EL CIRCUITO MAGNÉTICO DEL TRANSFORMADOR.

N° PÁG,

7

Información Tecnológica: 1. Máquinas Eléctricas.

10

2. Revisión del Electromagnetismo.

13

3. Circuito Magnético.

19

TAREA N° 2: DETERMINA LA POLARIDAD INSTANTÁNEA Y LA RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN DE UN TRANSFORMADOR.

31

Información Tecnológica: 4. El Trans formador Monofás ico.

37

5. El Transformador Ideal.

39

TAREA N° 3: DETERMINA LAS PÉRDIDAS DE UN TRANSFORMADOR.

45

Información Tecnológica: 6. El Transformador Real .

50

TAREA N° 4: REALIZA ACOPLAMIENTO DE TR ANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN BANCOS DE RED MONOFÁSICA.

63

Información Tecnológica: 7. Acplamiento de transformadores en bancos monofásicos.

68

TAREA N° 5: I NSTALA TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS COMO AUTOTRANSFORMADOR MONOFÁSICO Y TRIFÁSICO.

74

Información Tecnológica: 8. El Autotransformador.

80

TAREA N° 6: REALIZA EL ACOPLAMIENTO D E TRANSFORMADORES EN BANCOS TRIFÁSICOS.

93

Información Tecnológica: 9. Conexiones trifásicas de transformadores.

99

TAREA N° 7: REALIZA EL ACOPLAMIENTO D E TRANSFORMADORES EN BANCOS TRIFÁSICOS (índice horario di ferente de 0)

112

Información Tecnológica: 10. Conexiones trifásicas de transformadores (II).

116

TAREA N° 8: INS TALA GRUPOS DE CONEXIÓN EN PARELELO EN UNA SUB ESTACIÓN ELÉCTRI CA DE BT.

127

Información Tecnológica: 11. Sub estaciones e léctricas e n baja tensión.

134

12. Paralelo de transformadores trifásicos.

142

TAREA N° 9: INSTALA CIRCUITO DE MEDICIÓN EN UNA SUB ESTACIÓN ELÉCTRICA DE BT CON TRANSFORMADORES DE MEDIDA.

148

TAREA N° 10: INSTALA CIRCUITO DE MEDICIÓN EN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA BT CON MEDIDORES DIGITALES.

156

Información Tecnológica: 13. Circuito de medi ción de po tencia a ctiva trifá si ca.


159

5



6


N°

ORDEN DE EJECUCIÓN

1 Preparar puesto de trabajo 2 Llevar a la mesa de trabajo diferentes 3 4 5 6 7

transformadores Dibujar físicamente los transformadores Anotar placa de valores nominales Probar con lámpara serie el primario y secundario del transformador. Determine núcleo y bobinados Dibuje circuito magnetico

HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS

Destornillador plano, perillero Alicate de corte diagonal, universal Alicate punta redonda/semiredonda Cuchilla curva de electricis ta Destornillador estrella Megómetro Voltímetro 0-220 Voltios Amperímetro 0-40 Amperios Transformadores Lampara serie

DENOMINACIÓN DETERMINA CIRCUITO MAGNETICO DEL TRANSFORMADOR ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T01

Tiempo: 4 horas

HOJA:1/1

7


TAREA: DETERMINA CIRCUITO MAGNÉTICO DEL TRANSFORMADOR.

Es una operación que consiste en reconocer como es el circuito magnético del transformador, que tipo es y cómo es su bobinado. PROCESO DE EJECUCIÓN: 1º Paso: Preparar puesto de trabajo. a. Limpiar la mesa. b. Ordenar herramientas. c. Preparar lámpara serie.

2º Paso: Llevar a la mesa de trabajo diferentes transformadores. Cada grupo buscara en el taller transformadores distintos.

3º Paso: Dibujar físicamente los transformadores. En formato A4, cada grupo de alumnos presentará a mano alzada como son físicamente los distintos transformadores de su mesa de trabajo.

4º Paso: Anotar placa de valores nominales. Los grupos dibujaran en papel formato A4 y a mano alzada las placas de características.


8


5º Paso: Probar con lámpara serie el primario y secundario del transformador. Comprobar el buen funcionamiento de la lámpara serie que vamos a usar en la tarea.

6º Paso: Determine núcleo y bobinados.


9


a. Si la lámpara se enciende entonces tenemos una bobina. b. Si tenemos varias bobinas entonces se dibuja el núcleo. c. Si todas las bobinas tiene continuidad entonces no se dibuja núcleo es un autotransformador. d. Si la lámpara no enciende es por la alta reactancia que tiene la bobina, corresponde a un transformador de medida de tensión. 7º Paso: Dibuje circuito magnético. a. Según lo anterior se tendrán distintas configuraciones.

1. MÁQUINAS ELÉCTRICAS. 1.1. INTRODUCCIÓN. Todos aquellos dispositivos que producen o utilizan energía eléctrica, tanto alterna como continua, se engloban bajo la denominación de máquinas eléctricas. Su origen se remonta a hace casi 200 años, cuando el descubrimientos de los fenómenos de inducción electromagnética permitió la construcción de las primeras máquinas eléctricas.


10


1.2. DEFINICIÓN. Máquina Eléctrica es todo conjunto de mecanismos capaces de generar, aprovechar o transformar la energía eléctrica.

1.3. CLASIFICACIÓN. La definición anterior nos sirve para clasificar las máquinas 1.3.1. SEGÚN LA FUNCIÓN QUE REALIZAN.

Así, tendremos:

•

Generadores: Máquinas capaces de transformar cualquier clase de energía no eléctrica, generalmente mecánica, en energía eléctrica. Si la corriente generada es continua el generador se denomina dinamo, mientras que si es alterna se denomina alternador

•

Transformadores: Máquinas que modifican algunas de las características de la energía eléctrica, pero sin transformarla en ningún otro tipo de energía. Según el número de fases de la corriente tendremos transformadores monofásicos y trifásicos

•

Motores: Máquinas que aprovechan la energía eléctrica y la transforman en energía mecánica. Los motores pueden ser tanto de corriente continua como de corriente alterna, y dentro de estos podemos tener motores monofásicos y motores trifásicos.


11


1.3.2. DESDE UN PUNTO DE VISTA MECÁNICO. Las máquinas eléctricas se pueden clasificar en:

•

Estáticas. Si no disponen de partes móviles, destacando dentro de estas los transformadores, las resistencias de potencia, con bancos de condensadores que se emplean para corregir el factor de potencia.

•

Movimiento limi tado. Son máquinas que cuando son energizadas estas se mueven pero cuando se les quita la energía vuelven a su estado anterior estático y viceversa, por ejemplo los contactores, instrumento de medidas analógicas, los temporizadores etc.

•

Rotativas. Son las provistas de elementos giratorios, estando dentro de este tipo los generadores, tanto dinamos como alternadores, y los motores eléctricos.

El fundamento de todas las máquinas eléctricas se encuentra en los fenómenos de inducción electromagnéticas, por lo que comenzaremos el tema dando una breve introducción a las leyes y principios que rigen las interacciones electromagnéticas.


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2. REVISIÓN DE ELECTROMAGNETISMO. Los imanes producen un campo magnético considerable, pero para ciertas aplicaciones éste resulta todavía muy débil. Para conseguir campos más intensos utilizaremos bobinas fabricadas con conductores eléctricos, que al ser recorridos por una corriente eléctrica desarrollan campos magnéticos cuya intensidad depende fundamentalmente de la corriente y del número de espiras de la bobina. 2.1. CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR: 2.1.1. UNA CORRIENTE RECTILÍNEA. Si nosotros espolvoreamos limaduras de hierro sobre una hoja de papel que es atravesada por un conductor por donde circula una corriente eléctrica (Figura 1), observaremos que las limaduras se orientan y forman un espectro magnético de forma circular (Figura 2).

Esto nos demuestra que cuando un conductor es atravesado por una corriente eléctrica, a su alrededor aparece un campo magnético. Observando el espectro del campo magnético se puede apreciar que las líneas de fuerza toman la forma de círculos concéntricos que se cierran a lo largo de todo el conductor. Si situamos varias agujas imantadas alrededor del conductor, podremos observar como su orientación depende del sentido de la corriente.


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Nota: Para aplicar correctamente esta regla se emplea el sentido convencional de la corriente.

La intensidad del campo magnético desarrollado por el conductor depende fundamentalmente de la intensidad de la corriente que fluye por el conductor. A más intensidad de corriente más intensidad de campo. 2.1.2. UNA CORRIENTE CIRCULAR. Un conductor recto produce un campo magnético muy disperso y, por tanto, muy débil. La forma de conseguir que el campo magnético sea más fuerte es disponiendo el conductor en forma de anillo.

El sentido de las líneas de fuerza de una parte del conductor se suma a la del otro, formando un campo magnético mucho más intenso en el centro de la espira (Figura 4). En la Figura 05 se puede apreciar el efecto de concentración de las líneas de campo en el centro del anillo al que, como en otras ocasiones, se le ha realizado el espectro magnético con limaduras de hierro. 2.1.3. UNA BOBINA O SOLENOIDE. En una bobina, el campo magnético de cada espira se suma al de la siguiente, concentrándose éste en el centro de la misma. El campo resultante es uniforme en el centro de la espira y mucho más intenso que en el exterior. En los extremos de la bobina se forman los polos magnéticos (Figura 06).


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Para determinar el sentido de las líneas de fuerza se aplica la regla del sacacorchos, pero de otra forma. Basta con girar el sacacorchos, en el mismo sentido de giro que la corriente eléctrica por las espiras. El sentido de avance del sacacorchos nos indica el sentido de las líneas de fuerza. Una vez determinado este sentido, bien fácil es determinar los polos de la bobina (el polo norte estará situado en el extremo por donde salen las líneas de fuerza y el sur por donde entran).

2.2. MAGNITUDES MAGNÉTICAS. Al igual que para definir el comportamiento de un circuito eléctrico utilizamos las magnitudes eléctricas, para definir los campos electromagnéticos utilizamos las magnitudes magnéticas.

Por ejemplo la tierra, esta es un gran imán, ya que presenta dos polos magnéticos Norte y sur

2.2.1. FLUJO MAGNÉTICO (Φ): El campo magnético se representa a través de las líneas de fuerza. A la cantidad de estas líneas se le denomina flujo magnético.

Se representa por la letra griega Φ; sus unidades son: • El weber (Wb) en el sistema internacional. • El maxvelio (Mx) en el sistema c.g.s. La relación que existe entre ambas unidades es 1 Wb = 10 8 Mx 2.2.2. INDUCCIÓN MAGNÉTICA ( La inducción magnética se define como la cantidad, de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie. En cierta forma, nos indica lo densas que son las líneas de fuerza, o lo concentradas que están, en una parte del campo magnético. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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Se representa por la letra griega B; sus unidades son: • La Tesla (T) en el sistema internacional. • El gaus (GS) en el sistema c.g.s. La relación que existe entre ambas unidades 1T = 10 4 Gs. Se dice que existe una inducción de un tesla cuando el flujo de un weber atraviesa perpendicularmente una superficie de un metro cuadrado. 1tesla =

1weber 1m 2

;

B =

Φ

S

Ejemplo 1:

¿Cuál es la inducción magnética existente en la cara plana del polo de un imán recto de 30 cm 2 de superficie cuando es atravesado por un flujo magnético de 0,009 Wb? Expresar el resultado en teslas. Solución: B =

Φ

S

=

0,009 0.003

= 3T

2

30 cm = 30/10.000 = 0, 003 m 2 Ejemplo 2:

¿Cuál será el flujo magnético que existe en el campo magnético producido por una bobina si ésta tiene un núcleo de 20 cm2 de superficie y la inducción magnética en la misma es de 1,5 teslas? Solución: Despejando de la fórmula general: Φ = BS = 1,5 x 0,002 = 0,003Wb = 3mWb


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2.2.3. FUERZA MAGNETOMOTRIZ (F). Se puede decir que es la capacidad que posee la bobina de generar líneas de fuerza en un circuito magnético. La fuerza aumenta con la intensidad de la corriente que fluye por la bobina y con el número de espiras de la misma.

F = Fuerza magneto motriz en Ampere espiras (A-esp) N = Número de espiras (esp)

Ejemplo: Para el funcionamiento de un electroimán se necesita una fuerza magneto motriz de 500 A-esp. Indicar dos posibilidades de conseguirlo Solución: Si fabricamos una bobina con 500 espiras, el número de amperios que tendremos que hacer pasar por ella será de: F=NI

Despejando

I =

F N

=

500 500

= 1 A

¿y si la fabricamos con 100 espiras? I =

500 100

= 5 A

Para la fabricación de electroimanes muy potentes, como por ejemplo los que se utilizan para suspender en un colchón magnético un tren de alta velocidad sobre un monorriel, se necesitan fuerzas magneto-motrices muy elevadas. Es decir, bobinas con muchas espiras que son atravesadas por grandes intensidades de corriente.


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Para evitar fabricar, bobinas de grandes dimensiones se utilizan materiales superconductores. De esta forma se consiguen potentísimos campos magnéticos con pocas espiras y corrientes de miles de amperios, que no calientan los superconductores por efecto por carecer éstos de resistencia eléctrica. 2.2.4. INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (H). Nos indica lo intenso que es el campo magnético. La intensidad de campo en una bobina depende de la fuerza magneto motriz (NI). Ahora bien, cuanto más larga sea la bobina, más se dispersan las líneas de campo, dando como resultado una intensidad de campo más débil; por lo que se puede decir que, para una fuerza magneto motriz constante, la intensidad de campo (H) es inversamente proporcional a la longitud media de las líneas de campo, tal como se expresa en la siguiente ecuación:

H =

Intensidad del campo en Amper-vuelta/metro (A-esp/m) o N = N de espiras de la bobina I = Intensidad de la corriente (A) L = Longitud de la bobina (m)

Ejemplos:

Calcular la intensidad del campo y la fuerza magnetomotriz en el interior de la bobina de la Figura 07. El número de espiras de la misma es de 300, la corriente que circula es de 10 A.


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Solución: Primero determinamos la longitud media por donde se van a establecer las líneas de campo. Para ello observamos las dimensiones del núcleo de la bobina y calculamos:

L =16+16 +16 +16 = 64 cm. = 0,64 m. Entonces la Intensidad de campo será: H =

NI L

=

300 x10 0.64

=

4.687.5 Av / m

3. CIRCUITO MAGNÉTICO. 3.1. INTRODUCCIÓN. Cuando se somete a una sustancia a la acción de un campo magnético creciente B, la inducción magnética que aparece en la misma también aumenta en una relación determinada. 3.2. CURVA DE MAGNETIZACIÓN. Por lo general, esta relación (B-H) no es constante, por lo que es de gran utilidad conocer la curva de magnetización, que representa el valor de la inducción (B), en función de la intensidad de campo (H) en cada material. 3.3. SATURACIÓN MAGNÉTICA En la curva de la Figura 08 se ha representado la relación que se da entre la inducción B conseguida en un núcleo de hierro y la intensidad de campo H aplicada por la bobina. En ella se puede apreciar que para valores de intensidad de campo moderados, la inducción magnética crece proporcionalmente.

A partir de estos valores aparece un punto de inflexión en la curva y a los aumentos de la intensidad de campo le corresponden aumentos pequeñísimos de inducción magnética. A partir de ese punto se dice que el hierro ha alcanzado la saturación magnética.


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Para explicar el fenómeno de la saturación magnética se puede recurrir a la teoría molecular de los imanes: Cuando se introduce en una bobina un núcleo de una sustancia ferromagnética y se hace circular una corriente eléctrica por dicha bobina, aparece un campo magnético en su interior, de intensidad H, que orienta un cierto grado las moléculas magnéticas de dicha sustancia; lo que refuerza el campo con una inducción B. Un aumento de la intensidad de la corriente trae como consecuencia un aumento de H; lo que hace orientarse un poco más las moléculas magnéticas que se ve reflejado en un nuevo aumento de la inducción. Si seguimos aumentando la intensidad de la corriente, y con ella H, llega un momento en que las moléculas magnéticas están ya totalmente orientadas y por mucho que se aumente la intensidad del campo, éste ya no se ve reforzado. Se ha alcanzado la saturación magnética En la Figura también se ha incluido la curva de magnetización del aire, donde se observa un crecimiento pequeño pero constante de la inducción magnética alcanzada respecto a la intensidad de campo de la bobina. Se puede comprobar experimentalmente, como al introducir en el núcleo de una bobina una barra de hierro, se aprecia un notable aumento de las propiedades magnéticas de dicha bobina. Por esta razón, siempre que deseemos producir campos magnéticos intensos utilizaremos núcleos de hierro, como es el caso de los electroimanes. Cuando se introduce en el núcleo de una bobina una sustancia ferromagnética, se aprecia un aumento de líneas de fuerza en el campo magnético. Si llamamos Bo, a la inducción magnética que produce el electroimán con un núcleo de aire, y B a la inducción magnética conseguida al introducir una sustancia ferromagnética, tendremos que:


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B =

µ r . B0

µ r es el poder que posee la sustancia ferromagnética de multiplicar las líneas de campo. A este parámetro se le conoce por el nombre de permeabilidad. En este caso se trata de la permeabilidad relativa con respecto al aire o al vacío.

Este fenómeno lo podemos explicar valiéndonos de la teoría molecular de imanes: La bobina con núcleo de aire produce un número determinado de líneas de fuerza. Al introducir un trozo de hierro, éste se ve sometido a la acción de estas líneas de fuerza y sus moléculas magnéticas tienden a orientarse. El núcleo de hierro ahora es un imán temporal que refuerza la acción del campo magnético original. En la práctica, es más usual utilizar el concepto de permeabilidad absoluta. Ésta nos relaciona la intensidad de campo que produce la bobina (H) con el nivel de inducción magnética alcanzado al introducir una sustancia ferromagnética como núcleo.

µ = O lo que es lo mismo: la permeabilidad.

B =

B H

µ .. H donde se puede apreciar el poder multiplicar

Las unidades de permeabilidad en el S.I. se dan en Henrios/metro (H/m). Cada sustancia magnética tiene su propio coeficiente de permeabilidad. Cuando mayor es este coeficiente, mejores propiedades magnéticas poseerán estas sustancias. Como ya estudiaremos a continuación, la permeabilidad de los materiales es constante, y depende sobre todo de los niveles de inducción a que se sometan los mismos. La permeabilidad del aire o el vacío en el S.I. es: µ 0 = 4.π .10 7 H / m Con esta expresión relacionamos la permeabilidad absoluta con la relativa: −

µ r


=

µ µ 0

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Ejemplos:

Determinar la permeabilidad absoluta y relativa que aparecerá en el núcleo de hierro de un electroimán si se ha medido un flujo magnético de 5 mWb. Los datos que se conocen son: N = 500 espiras, I = 15 A, longitud media del núcleo = 30 cm, superficie recta del núcleo = 25 cm 2. Solución:

Primero calculamos la inducción magnética: Φ

B =

S

=

0,005 0.0025

= 2T

La intensidad de campo en la bobina es:

H =

NI L

=

500 x15 0.3

=

25.000 Av / m

La permeabilidad absoluta es entonces:

µ =

B

2

=

=

25000

H

0.00008 H / m

La permeabilidad relativa:

µ r

=

µ µ 0

=

0.00008 4.π .10

−7

=

64

Este último resultado nos indica que las líneas de campo es 64 veces mayor con el núcleo de hierro que con un núcleo de aire. Los datos obtenidos en los ensayos de magnetización de diferentes substancias se pueden reflejar también en la siguiente tabla. Con la ayuda de los datos de la Tabla 1 es posible comprobar como la permeabilidad de un material no es constante y como la permeabilidad se hace más pequeña según nos acercamos a los niveles de saturación magnética


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3.4. HISTÉRESIS MAGNÉTICA. El estudio de la histéresis tiene una gran importancia en los materiales magnéticos, ya que este fenómeno produce pérdidas en los núcleos de los electroimanes cuando son sometidos a la acción de campos magnéticos alternos.

Estas pérdidas se transforman en calor y reducen el rendimiento de los dispositivos con circuitos magnéticos, como los transformadores, motores, generadores, etc. La palabra histéresis significa remanencia. Después de someter a una sustancia ferromagnética a la acción de un campo magnético, cuando éste desaparece, la sustancia manifiesta todavía un cierto nivel de inducción magnética, que recibe nombre de magnetismo remanente.


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En la Figura 9 se muestra el aspecto de la curva de magnetización de una sustancia ferromagnética cuando es sometida a intensidades de campo magnéticos alternos.

En el punto 0 la sustancia no ha sido magnetizada nunca y, en consecuencia, la inducción magnética es nula. En el tramo (0-a) se va aumentando la intensidad de campo H, con lo que se consiguen valores crecientes de inducción hasta llegar a la saturación. En el tramo (a-b) se va reduciendo la intensidad de campo en la bobina. L; inducción también se reduce, pero no en la misma proporción que antes. En el punto (b) se ha anulado la intensidad de campo, sin embargo, la sustancia manifiesta todavía un cierto magnetismo remanente (B,) En el tramo (b-c) se invierte el sentido del campo magnético (esto se consigue invirtiendo el sentido de la corriente eléctrica que alimenta la bobina del ensayo). En el punto (c) la inducción es cero, se ha conseguido eliminar por completo el magnetismo remanente. Para ello, ha habido que aplicar una intensidad de campo (Hc) conocida por el nombre de campo coercitivo. En el tramo (c-d) se sigue aplicando una intensidad de campo negativo, con lo que se consiguen niveles de inducción negativos hasta alcanzar la saturación. En los tramos (d-e), (e-f) y (f-a) se completa el ciclo de histéresis. La curva no pasa otra vez por el punto (0) debido a la histéresis. Las pérdidas que se originan en los materiales ferromagnéticos debido a la histéresis son proporcionales al área del ciclo. Si nos fijamos en el ciclo, esta área aumenta en gran manera cuando el campo coercitivo Hc, es grande. Por ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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INSTALACIÓN INSTAL ACIÓN Y ACOPLAMIENTO ACOPL AMIENTO DE TRANSFORMADORES

esta razón, cuando se eligen materiales ferromagnéticos para la construcción de aparatos que van a Funcionar con corriente alterna, se procura que posean un campo coercitivo lo más pequeño posible. Sin embargo, para la fabricación de imanes permanentes se eligen materiales que posean un campo coercitivo lo más grande posible. Las pérdidas por histéresis en materiales sometidos a campos producidos por corrientes alternas aumentan con la frecuencia (cuantos más ciclos de histéresis se den por segundo, más calor se producirá).

3.5. CIRCUITO MAGNÉTICO. Se puede decir que un circuito magnético es por donde se establecen las líneas de campo.

Para determinar la fuerza magnetomotriz (los amperios-vuelta) que debe aportar una bobina a un circuito magnético para conseguir un determinado nivel de inducción magnética se utiliza la siguiente expresión: Como

H =

o lo que es lo mismo .

NI L

, de aquí se deduce que:

N . I = H . L

= H.L

Con esta última expresión y con la ayuda de las curvas de magnetización o de tablas como la 1 ya podemos resolver algunas cuestiones Ejemplo:

En la Figura 10 se muestran las dimensiones de un circuito magnético fabricado con chapa al silicio. Se necesita obtener un nivel de inducción magnética de 1,3 T. Calcular la corriente que tendrá que recorrer la bobina ésta posee 750 espiras.

ELECTRICISTA ELECTRICISTA INDUSTRIAL INDUSTRIAL

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Solución: Consultando la Tabla 02 tenemos que para conseguir una inducción de 1,3 T en chapa al silicio se necesita una intensidad de campo igual H = 1.300 Av.

Según se desprende de la Figura 10 la longitud media de las líneas campo es: L = 26 + 10 + 26 + 10 = 72 cm. = 0,72m La fuerza magnetomotriz necesaria será entonces: F = =

H.L= 1300x0.72=936Av

La intensidad de la corriente: I =

F N

=

936 750

= 1.25 A

En el caso de que el circuito magnético esté compuesto por diferentes partes, se suman las fuerzas magnetomotrices de cada una de las diferentes partes del circuito magnético Ejemplo. El circuito magnético de la Figura 11 está fabricado con hierro forjado (Se desea obtener en el entrehierro (espacio sin hierro, donde las líneas campo se tienen que establecer con gran dificultad por el aire) una inducción magnética de 0,9 T. Suponiendo que todo el flujo se conduce por dicho entrehierro y que no se dispersa, determinar la intensidad de corriente que habrá que proporcionar a la bobina de 500 espiras.


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Solución: La intensidad de campo necesaria para conseguir una inducción de 0,9 T en la parte del circuito magnético formado por el hierro forjado es según la Tabla 01: 400 Av/m.

La longitud media del circuito formado por hierro es: Lfe = 7 + 7 + 7 + 6,7 = 27,7 cm. = 0,277 m La fuerza magnetomotriz que necesita el hierro es: fe=

Hfe.Lfe = = 400 x 0,277 = 111 Av.

La intensidad de campo en al aire o entrehierro la calculamos aplicando el concepto de permeabilidad y recordando que la permeabilidad del aire es μ0 = 4л10-7. 0. 9 B = = 716.197 Av / m H = −7 µ 0 4π 10 Teniendo en cuenta que la longitud en el entrehierro es 0,3 cm. (0,003 m), la fuerza magnetomotriz que necesita este tramo del circuito magnético es: = H.L =716.197 x 0.003 =2.149 Av. La fuerza magnetomotriz necesaria para todo el circuito magnético será por tanto: = = 111 + 2.149 = 2.260 Av . La intensidad de la bobina de 500 espiras es: I =

F N

=

2260 500

=

4.52 A

3.6. RELUCTANCIA ( ). Igual que un conductor opone una cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica, un núcleo de hierro dulce opone una cierta resistencia al paso del flujo magnético: esta resistencia toma el nombre de reluctancia.

La reluctancia se parece por consiguiente a la resistencia: • Depende de la longitud L del núcleo y es proporcional a ésta. ELECTRICISTA ELECTRICISTA INDUSTRIAL INDUSTRIAL

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INSTALACIÓN Y ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES • •

Depende de la sección S del núcleo y es inversamente proporcional a ella. Depende de la naturaleza del circuito, es decir, de la permeabilidad y del cuerpo que compone este circuito.

La resistencia de un conductor depende de la resistividad, pero resistividad y permeabilidad representan fenómenos opuestos: • La resistividad indica una oposición al paso del flujo magnético. • La permeabilidad indica una facilidad al paso del flujo magnético. La permeabilidad aparecerá en el denominador de la fórmula que permite calcular la reluctancia. Esta fórmula será

R =

L u xS

R = Reluctancia en ohmios.

L = Longitud del núcleo en metros S = Sección en metros cuadrados. u = Coeficiente de permeabilidad.

3.7. CIRCUITO ELÉCTRICO Y CIRCUITO MAGNÉTICO. Existe una relación estrecha (equivalente) entre el circuito eléctrico y el magnético, así tendremos:

a) La ley de Ohm (Eléctrica): I =

U ℜ

Fórmula en la que: I= Intensidad de la corriente U= La f.e.m. o tensión =La resistencia del circuito Igualmente tendremos aquí b) La ley de Ohm (Magnética): Φ=

F R

Fórmula en la que: indica la intensidad del flujo magnético. F es la fuerza magneto-motriz; R es la reluctancia


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En un circuito magnético, la intensidad F del campo magnético es proporcional al producto NI, del número N de espiras por la intensidad I de la corriente.

Ejemplo: Calcule la Reluctancia en un circuito magnético simple si N=500 espiras, la I=10 A. La sección de los núcleos es cuadrada y de 2 cm. de lado y el B que se debe obtener en el entrehierro debe ser de 0.9 T. Solución: ___________

3.8. CIRCUITO MAGNÉTICO SIMPLE, SERIE Y MIXTO. Se denomina circuito magnético simple serie y mixto al circuito que se forma cuando buscamos un equivalente eléctrico y su tratamiento de los circuitos magnéticos simple serie y paralelo es prácticamente el mismo a los circuitos eléctricos con la diferencia que los parámetros son de tipo magnético.

La figura muestra estos circuitos:


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En la resolución de los problemas de circuitos magnéticos primero deben calcularse los parámetros magnéticos y luego trabajarlos como si fueran circuitos eléctricos Ejemplos. En los tres casos de la figura calcule la Fuerza magnetomotriz, el Flujo magnético y la Reluctancia magnética (la sección de los núcleos son cuadradas y de 2 cm. de lado), el B que se debe obtener en el entrehierro debe ser de 0.9 T.


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N°

ORDEN DE EJECUCIÓN

1 2 3 4 5 6 7

Preparar puesto de trabajo Elaborar esquema de prueba de polaridad Probar aislamiento de devanados del transformador Determinar lados de AT y BT Conectar circuito de polaridad Determinar razón de transformación Determinar polaridad de transformador


Destornillador plano, perillero Alicate de corte diagonal, universal Alicate punta redonda/semiredonda Cuchilla curva de electricista Destornillador estrella Megómetro Voltímetro 0-220 Voltios Amperímetro 0-40 Amperios Transformadores Carga monofasica

DENOMINACIÓN Determina la polaridad instantánea y la razón de transformación de un transformador ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T02

Tiempo: 4 horas

HOJA:1/1

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TAREA: DETERMINA LA POLARIDAD INSTANTÁNEA Y LA RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN DE UN TRANSFORMADOR.

Es una operación que consiste en determinar los polos magnéticos del transformador, lo que nos permitirá de conocer cuál es el sentido de arrollamiento de sus bobinas, y el ingreso y salida de las corrientes instantánea respectivas. 2º Paso: Elaborar esquema de prueba de polaridad. a. Prepare instrumentos de dibujo. Se debe tener como mínimo en Papel formato A4, Lápiz, Juego de reglas, Borrador y Tajador.

b. Dibuje el circuito eléctrico de la prueba de polaridad de un transformador monofásico, empleando normas DIN.

OBSERVACIÓN: El aprendiz deberá tener como palabra clave la designación del transformador monofásico según la norma DIN

Dibuje a mano alzada el esquema pictórico de la prueba de polaridad de un transformador monofásico.


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3º Paso: Probar aislamiento de devanados del transformador (Respecto a masa). Es una operación que consiste en medir la resistencia de aislamiento de un transformador monofásico, Esta operación se aplica siempre, antes de realizar cualquier conexión con los transformadores. a. Medir resistencia de aislamiento entre bobina y masa, Inspeccione detenidamente el megómetro, sus bornes de conexión, la graduación de su escala y sus valores, los datos de placa.

b. Reconozca los terminales de las bobinas del transformador.

c. Conecte el terminal L del megómetro a cada borne de las bobinas del transformador y T al núcleo. d. Haga girar la manivela del instrumento a velocidad constante.

e. Observe el valor de resistencia de aislamiento que indica la aguja, no debe ser menor de 1000 ohms por voltio aplicado.

OBSERVACIÓN: Si el megómetro marcara menos de 1000 MW por voltio, entonces el aislamiento podría estar dañado o por dañarse, en este caso el transformador deberá pasar a mantenimiento. 3º Paso: Probar aislamiento de devanados del transformador (Respecto a bobinados)


33


a. Medir resistencia de aislamiento entre devanados primario y secundario, conecte el terminal L del Megómetro uno de los bornes del devanado primario del transformador y T a uno de los bornes del devanado secundario del transformador monofásico. b. Haga girar la manivela del instrumento a velocidad constante.

c. Observe el valor de resistencia de aislamiento que indica la aguja, no debe ser menor de 1000 ohms por voltio aplicado

OBSERVACIÓN: Si el megómetro marcara 0 MΩ, entonces no existe aislamiento alguno lo que significaría que hay un cortocircuito entre los devanados, en este caso el transformador deberá pasar a mantenimiento. 4º Paso: Determinar lados de AT y BT. a. Preparar puesto de trabajo, b. Reconozca los terminales de las bobinas del transformador. c. Conecte lámpara serie al tomacorriente.

d. Probar lámpara serie, juntando puntas de prueba.


34


e. Conectar puntas de prueba a uno de los devanados y observar cantidad de luz

f. Conectar puntas de prueba a uno de los devanados y observar cantidad de luz.

OBSERVACIÓN: El devanado donde la lámpara da menos luz, es el lado de alta tensión, el otro será el de baja tensión. En caso de que ambos devanados den la misma cantidad de luz, se trata de un transformador de protección. 5º Paso: Conectar circuito de polaridad. a. Conectar primario y secundario con un puente por el secundario.

b. Conectar Voltímetro entre primario y secundario por el lado opuesto al puente.


35


c. Conectar fuente variable de tensión por el lado de alta tensión.

.

6º Paso: Determinar razón de transformación. a. Conectar voltímetro al devanado primario y anote lectura,

b. Conectar voltímetro al devanado secundario y anote lectura ,

c. Calcular razón de transformación Se calcula del cociente OBSERVACIÓN: La razón de transformación, también puede calcularse a partir del cociente de las intensidades de corriente, además del cociente del número de espiras de ambos devanados. 7º Paso: Determinar polaridad de transformador. a. Observa los valores medidos por el voltímetro.

Tabla

Medido con voltímetro 1 (V) 2 (V) (V)

Valor Polaridad ELECTRICISTA INDUSTRIAL

36


b. Compara con las ecuaciones y determina la polaridad del transformador monofásico ensayado.

OBSERVACIÓN: La polaridad también puede determinarse aplicando el método de la corriente continua. INFORMACIÓN TECNOLÓGICA. 4. EL TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. 4.1. GENERALIDADES. Cuando hay inducción mutua, entre dos bobinas o devanados, entonces un cambio de corriente en una de ellas induce una tensión en la otra, Los dispositivos que funcionan con base a este principio reciben el nombre de transformador.

Entre una de las múltiples aplicaciones de la electricidad, quizás una de las más comunes es lo que se refiere a la transmisión económica de grandes cantidades de energía eléctrica sobre distancias muy largas empleando altos voltajes. Esto solo es posible utilizando los transformadores de alta y baja tensión.


37


4.2. DEFINICIÓN. El transformador es considerado una maquina eléctrica estática porque sus componentes siempre están en reposo, siendo su finalidad, la transformación de los parámetros eléctricos tensión y corriente, ya sea aumentándolos o reduciéndolos, manteniendo en todo instante la potencia de transmisión casi igual.

4.3. PARTES. Todo transformador consta de tres partes importantes a saber: El Núcleo . Circuito magnético, constituido por una estructura compacta de hierro silicoso, unido por placas a presión

El Bobinado Primario . Es un arrollamiento de alambre de cobre aislado con barniz, al que se aplica la tensión que se desea transformar. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

38


El Bobinado Secundario. Es un arrollamiento de alambre de cobre aislado con barniz, donde se obtiene la tensión transformada al valor deseado.

4.4. CLASIFICACIÓN. Según el número de fases: Monofásico y polifásico (Trifásico). Según su potencia: • Pequeña potencia: Si su potencia es menor de 100 KVA • Mediana potencia: Si su potencia esta entre 100 KVA y 500 KVA • Gran potencia: Si su potencia es Mayor de 500 KVA Según su tensión de salida: • Elevador: Si la tensión del primario es elevada • Reductor: Si la tensión del primario es reducida Según el número de Bobinas: • Transformador: Si tiene más de dos bobinas separadas. • Autotransformador: Si tiene una sola bobina. Según la función que realizan: Potencia., Protección, Medida. Según Su empleo en medició n: Medida de tensión y Medida de corriente.

5. EL TRANSFORMADOR IDEAL. Es aquel transformador que no tiene perdidas de energía eléctrica 5.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. "La acción del transformador se basa en la ley de INDUCCIÓN DE FARADAY" Si colocamos un conductor dentro de un campo magnético variable producido por una corriente alterna, se inducirá una tensión alterna entre los extremos del conductor


39


5.2. FUNCIONAMIENTO EN VACÍO. Al conectarse el primario de un transformador a un generador de corriente alterna, circulará por el primario la corriente producida por el Generador, en esta bobina se forma un campo magnético que se propaga a todo lo largo del núcleo atravesando al bobinado Secundario, en el cual por INDUCCION MUTUA aparecerá un voltaje o tensión inducida.

Según la Ley de inducción de Faraday la tensión inducida: ε1 =

N

∆Φ ∆t

El flujo magnético atraviesa no solo el bobinado secundario sino también el bobinado primario obteniéndose así los siguientes resultados:

ε

1

= N 1

∆Φ

ε

∆t

2

= N 2

∆Φ ∆t

(También en el secundario) como ∆Φ/∆t es igual en ambos casos, podemos igualar los dos segundos miembros de las dos últimas ecuaciones, con lo que obtenemos:

ε

1

N 1


=

ε

2

N 2

40


Si despreciamos las caídas de tensión en el devanado primario además que en el secundario no existe caída de tensión, la tensión inducida es ,por la ley de Lenz, igual a la tensión de la red aplicada, pero en sentido opuesto, con lo que podemos decir que: U 1 U 2

=

N 1 N 2

Corrient e en en vacío en el el transfor tr ansfor mador. La corriente primaria única en el circuito es denominada corriente en vacío, cuyo valor es siempre bastante pequeño aproximadamente 4% a 12% de la corriente nominal, por consiguiente el flujo magnético correspondiente en vacío también es siempre pequeño.

5.3. 5.3. FUNCIO FUNCIONAMIE NAMIENTO NTO CON CARGA: Inducti Indu cti va, Resistiva Resist iva y Capaciti va. Al conectarse el secundario a un carga L, circularía por este una corriente secundaria i2, la cual creará su propio flujo magnético Φ2 que se moverá en sentido contrario al flujo Φ1 que lo creó (LEY DE LENZ), el flujo magnético Φ2 tratará de disminuir al flujo Φ1 que lo creó, pero nunca podrá lograrlo porque el transformador se auto-regula así.

Las corrientes inducidas tienden a contra balancear las variaciones de la corriente inductora o primaria, igual que la reacción de un fusil, es provocada por la salida de la bala (acción) hacia adelante. Así la corriente de carga i 2 regula la corriente del primario i1, para mantener la carga, haciendo prácticamente igual la potencia de entrada y la de salida. (S 1 = S2) Esto es: Despejando:


U 1 I 1 = U 2 I 2

U 1 U 2

=

I 2 I 1

41


5.4. RELACIONES FUNDAMENTALES: FUNDAMENTALES: Son dos, la razón de transformación y la polaridad Razón Razón de transform transform ación " a": Es un número sin unidades que nos relaciona el cociente entre los parámetros eléctricos, siendo una constante fija en el transformador: a=

N N 2

=

U1 U2

=

I2 I1

=

Z1 Z2

Ejemplos:

1. El primario de un transformador transformador tiene 500 espiras y se conecta a la red de 220 voltios, al secundario se instala a un horno que consume 4 amperios durante 3 horas, Calcule los parámetros eléctricos que faltan si la razón de transformación es 2 Solución: __________ ________________ ______ 2. Una lámpara de proyección proyección de baja tensión de 12V/250w está conectada conectada a 220V, a través de un transformador. La bobina de entrada tiene 550 espiras. Las pérdidas del transformador no se debe tomar en cuenta. Calcule: La relación de transformación y El número de espiras de la bobina de salida Solución: __________ ________________ ______ 3. La bobina de en entrada trada de un transformador transformador de mando de 280 VA tiene 950 espiras y está a una tensión de 380V. La bobina de salida tiene 65 espiras. Las pérdidas del transformador no se deben tomar en cuenta ¿Que magnitud tiene la tensión de salida? Solución: __________ ________________ ______ 4. De un transformador de de soldadura (bobina de entrada entrada 390 espiras, bobina de salida 18 espiras). Se puede tomar una corriente máxirna de 130 amperios Las pérdidas del transformador no se debe tomar en cuenta. ¿Qué valor tiene la corriente, en la bobina de entrada? Solución: __________ ________________ ______ 5. Un transformador de timbre tiene una bobina de salida con con 120 espiras y 12 Voltios. Las pérdidas del transformador no se debe tomar en cuenta. Calcule: La relación de transformación y El número de espiras del primario, El número de espiras para una tensión parcial de 3 V? Solución: __________ ________________ ______


42


Polaridad Instantánea.

Los transformadores, al igual que los generadores de Corriente continua, pilas y baterías deben de identificarse las polaridades de sus terminales para facilitar su correcta conexión, (serie o paralelo) con otros. Solo en el caso de un solo transformador se puede no considerar la polaridad. Los terminales se identifican por letras, mientras que la dirección de las tensiones instantáneas y el flujo de corriente se indican por números. Los terminales de alta tensión se identifican con la letra H y los de baja tensión con la letra K. La figura muestra dos transformadores idénticos excepto por la dirección en la cual la bobina secundaria se enrolla alrededor del núcleo.

En cada dibujo se efectúa una conexión en la parte inferior, entre un lado del primario y un lado del secundario, además se instala un voltímetro en la parte superior, en estas condiciones la lectura del voltímetro me dará dos posibilidades Polaridad aditiva: (Bobinas con el mismo sentido de arrollamiento)

La intensidad de corriente de la fuente de energía, se divide en dos partes una es la corriente I1 y la corriente Iv ambas generan sendas caídas de tensión en el bobinado primario así también en el voltímetro ambos actúan como una carga para la corriente de entrada, en cambio la corriente secundaria sale por el polo positivo del secundario actuando como una fuente de energía


43


Al realizar un corte ficticio entre los puntos a,b y siguiendo el camino del campo magnético se genera un circuito cerrado (malla) donde plantearemos la segunda ley de Kirchhoff: ΣU malla =

0

− U 1 + V − U 2 = 0 V = U 1 + U 2

....Polaridad Aditiva

Polaridad sust ractiva: (Bobinas con sentidos de arrollamiento contrario)

Realizando los mismos pasos del caso anterior obtendremos lo siguiente:

Al realizar un corte ficticio entre los puntos a,b y siguiendo el camino del campo magnético se genera un circuito cerrado (malla) donde plantearemos la segunda ley de Kirchhoff; ΣU malla =

0

− U 1 + V + U 2 =

V = U 1 − U 2

0

.....Polaridad Sustractiva

Por ejemplo: Si aplicaremos 220V al primario de un transformador cuya razón es 2 entonces en el voltímetro conectado entre un punto del primario y uno del secundario podrá darnos 2 medidas si:

La tensión medida es más de 220V. Entonces la polaridad es aditiva. La tensión medida es menor a 220V. Entonces la polaridad es sustractiva. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

44


N°

1 2 3 4 5 6 7

ORDEN DE EJECUCIÓN


Preparar puesto de trabajo Destornillador plano, perillero Probar aislamiento de devanados del transformador Alicate de corte diagonal, universal Determinar lados de AT y BT Alicate punta redonda/semiredonda Elaborar esquema de ensayo en vacio y cortocircuito Cuchilla curva de electricista Conectar circuitos de ensayos en vacio y Megómetro Voltímetro 0-220 Voltios cortocircuito Medir tension, corriente y potencia en vacio y cortocir Amperímetro 0-40 Amperios Determinar las perdidas en el nucleo y en el cobre Vatímetro monofasico Transformadores Carga monofasica

DENOMINACIÓN Determina las perdidas en un transformador (8h) ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T03

Tiempo: 4 horas

HOJA:1/2

45


TAREA (Parte 1): DETERMINA LAS PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR – ENSAYO EN VACÍO.

Es una operación que consiste en dibujar manualmente, en una hoja de formato A4 el circuito eléctrico del ensayo de transformadores sin carga en el secundario, Esta operación de dibujo técnico, se aplica para diagramar esquemas eléctricos en general. 4º Paso: Elaborar esquema de ensayo en vacío. a. Dibuje el circuito eléctrico correspondiente al Ensayos en vacío en un transformador monofásico, empleando normas.

5º Paso: Conectar circuito del ensayo en vacío. a. Prepare mesa de trabajo con instrumentos de medida a usar.

b. Con el plano del circuito en vacío y los instrumentos .proceda a conectar el circuito del ensayo en vacío del transformador.


46


6º Paso: Medir tensión corriente y potencia activa en vacío. a. Con las lecturas obtenidas en el ensayo llene la tabla siguiente:

7º Paso: Determinar las pérdidas el núcleo. Es una operación de lectura e interpretación de las mediciones realizadas en el ensayo.

OBSERVACIÓN. La medida del vatímetro nos da las pérdidas en el núcleo; llamadas también pérdidas en el fierro, esto debido a que el núcleo es una aleación de fierro con silicio.


47


N°

ORDEN DE EJECUCIÓN


Preparar puesto de trabajo Destornillador plano, perillero Probar aislamiento de devanados del transformador Alicate de corte diagonal, universal Determinar lados de AT y BT Alicate punta redonda/semiredonda Elaborar esquema de ensayo en vacio y cortocircuito Cuchilla curva de electricista Conectar circuitos de ensayos en vacio y Megómetro cortocircuito Voltímetro 0-220 Voltios 6 Medir tension, corriente y potencia en vacio y c ortocir Amperímetro 0-40 Amperios 7 Determinar las perdidas en el nucleo y en el cobre Vatímetro monofasico 1 2 3 4 5

Transformadores Carga monofasica

DENOMINACIÓN Determina las perdidas en un transformador (8h) ELE CTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T03

Tiempo: 4 horas

HOJA:2/2

48


TAREA (Parte 2): DETERMINA LAS PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR – ENSAYO EN CORTOCIRCUITO

Es una operación que consiste en determinar el valor de las perdidas en los bobinados de los transformadores. 4º Paso: Elaborar esquema de ensayo de cortocircuito. a. Dibuje el circuito eléctrico correspondiente al ensayo en cortocircuito en un transformador monofásico, empleando normas.

5º Paso: Conectar circuito del ensayo de cortocircuito. a. Prepare mesa de trabajo con instrumentos de medida a usar.

b. Con el plano del circuito en cortocircuito y los instrumentos proceda a conectar el circuito del ensayo de corto circuito del transformador.


49


6º Paso: Medir tensión corriente y potencia activa en cortocircuito. a. Con las lecturas obtenidas en el ensayo llene la tabla siguiente:

7º Paso: Determinar las pérdidas los bobinados.

OBSERVACIÓN. La medida del vatímetro nos da las pérdidas en los bobinados; llamadas también pérdidas en el cobre, esto debido a que los bobinados son hechos de cobre 6. EL TRANSFORMADOR REAL. 6.1. INTRODUCCIÓN. EI transformador, como toda máquina eléctrica, lleva una placa de características Los datos incluidos en ella están sujetos a normas y son de dos tipos: identificativos y técnicos (potencia útil, conexiones, tensiones, intensidades, etc.). Sus valores son válidos para el funcionamiento nominal o normal (modo de funcionamiento para el cual el fabricante dimensiono la maquina).

Cuando una maquina funciona según sus valores nominales se dice que funciona a régimen nominal o a plena carga. El funcionamiento real de una maquina habitualmente es distinto al régimen nominal


50


En un transformador real hay que tener en cuenta la resistencia y reactancia de los devanados además de las perdidas en el hierro del circuito magnético, se puede decir que es el transformador con pérdidas de energía. 6.2. PÉRDIDAS. Es debida principalmente a tres causas siguientes: corrientes de Foucault, Histéresis y la pérdida por efecto Joule (i 2 R).

Pérdidas en los bobinados (Cobre). Pérdida por efecto Joule (I2R) También, se le llama pérdidas en el cobre, por el hecho de que la energía se pierde debido a la circulación de corriente en los bobinados.

Todo alambre tiene una resistencia definida por su longitud, su sección y su resistividad, por lo que al pasar la intensidad de corriente a través de el, produce calor que no pasa al secundario del transformador por lo que es llamado también pérdida por efecto de joule (I2R) energía eléctrica perdida en calor. Este tipo de perdidas es conocido también como perdidas variables, porque dependen del estado de carga del transformador. Perdidas en el núcl eo. Las corrientes parásitas de Eddy Foulcault. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

51


Son pequeñas corrientes en corto circuito, inducidas en el núcleo por el flujo magnético alterno. Dichas corrientes son reducidas por la laminación del núcleo

La Histéresis. Es el retraso de la imantación de un cuerpo magnético respecto de las variaciones de un campo magnetizante. El retraso produce pérdidas de energía en el núcleo que en unión a las de Foucault constituyen las pérdidas en el hierro. Las pérdidas por histéresis se reducen al mínimo con el uso de aleaciones de acero con un 3% a 5% de silicio y un espesor promedio de 0.35 mm.

6.3. ENSAY0 EN VACÍO DEL TRANSFORMADOR. Se efectúa conectando uno de los devanados a su tensión nominal y dejando abierto el otro devanado.

Por el devanado conectado circulara una corriente de intensidad Iv de pequeño valor (En los transformadores de gran potencia es del orden del 5 % de la intensidad nominal, mientras que en los de pequeña potencia es del 25%).


52


La potencia perdida en el devanado conectado es, en los transformadores grandes, despreciable; por lo que la potencia consumida en el ensayo Pv es la necesaria para cubrir las pérdidas de potencia del circuito magnético Pfe, Pv=Pfe La relación de transformación. Como el devanado tiene una gran reactancia, la Corriente absorbida en vacío va retrasada cerca de un cuarto de periodo (90°) respecto a la tensión aplicada

PROBLEMAS DE APLICACIÓN. Problema 1: Un transformador monofásico se ensaya en vacío conectándolo por uno de sus devanados a una red alterna senoidal de 220 V, 60 Hz.

Un amperímetro conectado, a este devanado indica 0,65 A y un vatímetro 48 W. Un voltímetro conectado, conectado, al otro, devanado indica 400 400 V. Calcular: a. Relación de transformación. b. Factor de potencia en vacío. SOLUCIÓN. a. La relación de transformación será: a ≡ ELECTRICISTA ELECTRICISTA INDUSTRIAL INDUSTRIAL

220V 400V

=

0.55

53


b. La potencia consumida en vacío El factor de potencia en vacío:

Pv =V 1 I vCosΦv

Pv 48 Cos Φv = = = 0.3357 V 1 I v 220 x 0.65

Problema 2: Un transformador monofásico de 10 kVA y relación de transformación 5000/240 V, se conecta a una tensión alterna senoidal de 240 V, 60 Hz para el ensayo en vacío. Consume una corriente de intensidad 1,5 A y una potencia de 70 w. Calcular el factor de potencia en vacío. Solución: 0, 194

6.4. ENSAYO EN CORTOCIRCUITO DEL TRANSFORMADOR. Se efectúa conectando uno de los devanados en cortocircuito, (generalmente el de baja tensión) y aplicando al otro una tensión de pequeño valor valor Vcc de forma que por los devanados circule corriente con su intensidad nominal In.

La tensión de cortocircuito Vcc se suele expresar en tanto, por ciento del valor nominal Vn.

ucc

U cc x100 =

U n

La potencia consumida en el ensayo P cc es la necesaria para cubrir las pérdidas de potencia en los devanados P cu a la carga nominal. Pcc = Pcu

La resistencia Rcc, impedancia Zcc y reactancia Xcc, de cortocircuito que presenta el transformador, desde el devanado conectado a la tensión de ensayo, se determinan de la forma siguiente: ELECTRICISTA ELECTRICISTA INDUSTRIAL INDUSTRIAL

54


Rcc =

Pcc , I n

2

Z cc =

U cc , X cc =

Z cc

2

− Rcc

2

I n

La tensión porcentual de cortocircuito ucc , y sus componentes activa u R , y reactiva u x , se calculan de la forma siguiente:

Z cc . I n

u

cc

100

=

u

R

Rcc. I n

100

=

U n

u X

U n

X cc. I n

100

=

U n

Siendo Φcc el ángulo de desfase entre U cc e I n en el ensayo. También pueden calcularse, partiendo del triángulo de cortocircuito.

u R

=

uCC .CosΦCC u X

=

uCC . SenΦCC

Pcc CosΦcc =

V cc . I n

PROBLEMAS DE APLICACIÓN. APL ICACIÓN. Problema 01:

Un transformador monofásico de 10 kVA, 6000/230 V, 50 Hz se ensaya en cortocircuito conectándolo a una fuente de tensión regulable por el lado de alta tensión. El esquema esquema del ensayo .e .e indica en la figura y siendo la indicación indicación de los aparatos 250 V, 170 W y 1,67 A.


55


Calcular: a) Intensidad nominal en alta tensión. b) Tensión porcentual de cortocircuito. c) Resistencia, impedancia y reactancia de cortocircuito. d) Caída de tensión porcentual en la resistencia y reactancia. e) Factor de potencia en el ensayo en cortocircuito. Solución:

a) La intensidad nominal

1000

S I n =

=

=

1.67 A

6000

U

El ensayo esta realizado a la intensidad nominal. b) La tensión porcentual de cortocircuito.

ucc

U cc x100 =

250 x100 =

=

4.17%

6000

U n

c) La resistencia de cortocircuito R. 170

Pcc R

cc

=

I n

La impedancia de cortocircuito

=

1.67

=

I n

2

=

60.96 Ω

250

U cc Z cc =

2

=

149.7 Ω

1.67

La reactancia de cortocircuito. X cc =

Z cc

2

− Rcc

2

=

149.7

2

−

60.96

2

=

136.73

d) La caída de tensión porcentual en la resistencia.

u R

Rcc. I n

60.96 x1.67 100

=

100

=

=

1.7%

6000

U n

La caída de tensión porcentual en la reactancia.

u X

X cc. I n

136.73 x1.67 100

=

U n


100

=

=

3.8%

6000

56


e) El factor de potencia en el ensayo. 170

Pcc Cos Φcc =

V cc . I n

=

250 x1.67

=

0.407

Problema 02: Un transformador monofásico de 5 kVA, 1500/110 V se ensaya en cortocircuito a la intensidad nominal conectándolo a una tensión alterna senoidal de 66 V y frecuencia 60 Hz por el devanado de alta tensión. Si consume en este ensayo una potencia de 85 W.

Calcular: a) Tensión porcentual de cortocircuito. b) Factor de potencia en este ensayo. c) Caída de tensión porcentual en la resistencia y en la reactancia. Solución : a) 4,4% b) 0.386 c) u R

=

1.7% ,

u X

=

4.06%

6.5. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO. Cuando en funcionamiento normal se produce un cortocircuito en el secundario del transformador, la intensidad de cortocircuito es: I 2 n I cc =

.100

ucc Siendo I 2 n la intensidad nominal del secundario. La potencia aparente de cortocircuito. S n

.100

S cc =

u Siendo S la potencia nominal del transformador. cc

n

PROBLEMAS DE APLICACIÓN: Problema 01: Un transformador tiene en su placa de características los siguientes datos: 100 kVA, 10000/500 V, 60 Hz, uCC = 5%

Calcular: a) Intensidad de corriente de cortocircuito en el secundado. b) Potencia aparente de cortocircuito. Solución : ELECTRICISTA INDUSTRIAL

57


a) La intensidad de cortocircuito en el secundario I 2 n I cc =

ucc

.100

La intensidad nominal del secundario

100000

S n I 2 n =

=

U 2 n

=

200 A

500

200

Entonces

x100 =

I cc =

4000 A

=

4 kA

5

b) La potencia de cortocircuito en el secundario. 100000

S n S cc =

ucc

x100 =

x100 =

2 MVA

5

Problema 02: Calcular la intensidad de cortocircuito y la potencia aparente de cortocircuito en el secundario de un transformador monofásico de 25 kVA, 400/230 V, 50 Hz, sabiendo que su tensión porcentual de cortocircuito es 4,2 Solución :

a) Solución:

I cc =

2.59 kA , S cc

=

595.24 kVA

6.6. REGULACIÓN DE TENSIÓN. La regulación de voltaje es una medida de la variación de tensión de salida de un transformador, cuando la corriente de carga con un factor de potencia constante varía de cero a un valor nominal

La regulación de un transformador puede determinarse cargándolo de acuerdo con las condiciones requeridas a la tensión nominal y midiendo la elevación de tensión secundaria cuando se desconecta la carga. La elevación de tensión, expresada como porcentaje de la tensión nominal, es la regulación porcentual del transformador. Este ensayo se realiza raras veces, debido a que la regulación se calcula fácilmente a partir de las características de impedancia medidas


58


6.7. DISPOSITIVOS DE REGULACIÓN DE TENSIÓN. Para regular la tensión secundaria del transformador, se dispone en el devanado de alta tensión de un conmutador que permite cambiar el número de espiras mediante varias tomas. La conmutación de espiras se efectúa sin tensión o en vacío y permite variar la tensión en ± 5 %.

En transformadores de gran potencia se utiliza un regulador en carga, por medio de un motor que automáticamente conmuta las espiras. Se consigue una variación de tensión de ±20%. 6.8. EFICIENCIA EN EL TRANSFORMADOR. La magnitud de la energía perdida en un transformador determina su rendimiento, que varía según la carga. Siendo las pérdidas en el núcleo aproximadamente las mismas en vacío y a plena carga del transformador, porque son siempre proporcionales a la corriente magnetizan te y al flujo.

La fórmula para determinar la eficiencia en porcentaje es:

Ejemplo:

Si el transformador del problema anterior tiene una eficiencia del 95% recalcule los parámetros eléctricos primarios para la misma carga en el secundario

El transformador real tiene pérdidas de potencia en el hierro del circuito magnético PFe (por histéresis y corrientes parásitas) y en el cobre de los devanados PCu . El rendimiento del transformador es la relación entre la potencia activa suministrada por el secundario P 2 , y la potencia activa absorbida por el primario P 1 ELECTRICISTA INDUSTRIAL

59

INSTALACIÓN Y ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES P2

η =

P2 =

P1

P 2 + PCu + PFe

Las pérdidas en el hierro son constantes y se obtienen en el ensayo de vacío. Las pérdidas en el cobre se obtienen en el ensayo en cortocircuito y son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente de carga (o de la potencia aparente). PCu = kS

2

El rendimiento máximo se obtiene cuando las pérdidas en el cobre son iguales a las pérdidas en el hierro. PCu = PFe

PROBLEMAS. Ejemplo 1 Un transformador monofásico de 500 KVA., 6 000/230 V, 50 Hz se comprueba mediante los ensayos de vacío y cortocircuito.

EI ensayo en cortocircuito se realiza conectando el primario a una fuente de tensión regulable, alterna senoidal de frecuencia 60 Hz. Los datos obtenidos en el ensayo son: 300 V, 83,33 A, y 8,2 kW. El ensayo en vacío se realiza conectando el secundario a una tensión alterna senoidal, 230 V, 60Hz siendo el consumo de potencia de 1,8 kW. Calcular: a) Rendimiento a plena carga, con carga inductiva y factor de potencia 0,8. b) Rendimiento a media carga con igual factor de potencia c) Potencia aparente de rendimiento máximo. d) Rendimiento máximo con factor de potencia unidad. Solución

a) La intensidad nominal en alta tensión

500000

S 1 n I 1 n =

=

U 1 n

=

83.33 A

6000

El ensayo en cortocircuito fue realizado a la intensidad nominal. La potencia suministrada P 2 = S nCosΦ 2 =

500 , 000 x 0.8

=


400 , 000W

=

400 kW

60


Rendimiento a plena carga 400

P2

η =

=

=

400

P 2 + PCu + PFe

8.2

+

0.976

=

97.6%

+ 1.8

b) Las perdidas en el cobre varían en proporción directa al cuadrado de la Potencia aparente suministrada PCu

8.2

=

2502 5002

Las pérdidas en el cobre a media carga La potencia suministrada a media carga

PCu =

2502 x 8.2 5002

P2 =

250 x 0.8

=

=

2.05 kW

200 kW

El rendimiento a media carga 200

η =

=

200

+

0.981 = 98.1%

2.05 + 1.8

c) El rendimiento máximo se verifica para una potencia suministrada a la cual las perdidas en el cobre son igual a las del hierro 1,8 kW. Entonces

8 .2 1 .8

=

500 2 S 2

2

La potencia aparente de rendimiento máximo

S 2 =

500

1.8 8.2

=

234.26 kVA

d) Con rendimiento máximo Y factor de Potencia 1 P 2 = S 2 CosΦ 2 =

234 , 26 x1

=

234 , 26 kVA

El rendimiento máximo

η

234.26 max

=

=

234.26

0.985

=

98.5%

+ 1 .8 + 1 .8

Ejemplo 2 Un transformador monofásico de alumbrado de 50 kVA funciona a plena carga con factor de potencia 0,86 y carga inductiva. En vacio consume 800 W y en el ensayo en cortocircuito a la intensidad nominal consume 1200 W. Calcular: a) Potencia suministrada por el secundario. b) Potencia absorbida por el primario. c) Rendimiento. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

61


Solución: a) 43 kW; b) 45 kW; c) 95,56% Ejemplo 3 Un transformador monofásico de 10 kVA, 5 000/230 V, 50 Hz consume en cl ensayo, de vacío 100 W. En el ensayo en cortocircuito, conectado por el lado de alta tensi6n con una intensidad de corriente de 2 A, consume 350 W. Calcular el rendimiento cuando funciona a plena carga: a) Con factor de potencia de la carga inductiva 0,8. h) Con factor de potencia unidad. Solución: a) 94,7%; b) 95,7% Ejemplo 4 Un transformador monofásico de 50 kVA, 15 000/380 V , 50 Hz tiene a plena carga unas perdidas en el hierro de 500 W y en el cobre de 800 W. Calcular: a) Potencia aparente de rendimiento máximo b) Rendimiento máximo para factor de potencia unidad. Solución: a) 39,5 kVA; b) 97,5% Ejemplo 5 Un transformador monofásico de 20 kVA, 6 000/230 V, 50 Hz. Consume en vacío a la tensi6n nominal 240 W. Si se cortocircuita el secundario, conectando el primario a una tensi6n de forma que circule la intensidad nominal, consume 250 W. Calcular: a) Rendimiento máximo con factor de potencia unidad. b) Rendimiento a plena carga con factor de potencia 0,75 y carga inductiva. c) Rendimiento a media carga con factor de potencia 0,8 y carga inductiva. Solución : a) 97,6%; b) 96,8%; c) 96,3%


62


N°

1 2 3 4 5 6 7

ORDEN DE EJECUCIÓN


Preparar puesto de trabajo Destornillador plano, perillero Probar aislamiento de devanados del transformador Alicate de corte diagonal, universal Determinar lados de AT y BT Alicate punta redonda/semiredonda Elaborar esquema del acoplamiento de transformadoCuchilla curva de electricista Acoplar 2 transformadores en banco monofasico Megómetro Probar acoplamientode transformadores monofasicoVoltímetro 0-220 Voltios Determinar razón de transformacion compuesta Amperímetro 0-40 Amperios Transformadores monofasicos Carga monofasica DENOMINACIÓN Realiza acoplamiento de transformadores monofásicos en bancos de red monofásica (8h) ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T04

Tiempo: 8 horas

HOJA:1/1

63


OPERACIÓN: REALIZA ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS EN BANCOS DE RED MONOFÁSICA Es una operación que consiste en Acoplar transformadores monofásicos para formar bancos en red monofásica, cuya principal finalidad es el de aumentar la potencia en un sistema eléctrico.

4º Paso: Elaborar esquema del acoplamiento de transformadores a. Prepare instrumentos de dibujo. OBSERVACIÓN: Se debe tener como mínimo en la mesa de trabajo 1. Papel formato A4. 2. Lápiz. 3. Juego de reglas. 4. Borrador y Tajador. b. Dibuje los circuitos de los acoplamientos de transformadores monofásicos en red monofásica, empleando normas

5º Paso: Acoplar dos transformadores en banco monofásico SERIE - SERIE ELECTRICISTA INDUSTRIAL

64


Es una operación que consiste en acoplar transformadores monofásicos, Esta operación se emplea cuando se quiere aumentar la potencia en redes eléctricas monofásicas. a. Prepare puesto de trabajo (Instrumentos, herramientas, transformadores).

b. Distribuya dos transformadores en la mesa de trabajo según esquema:

OBSERVACIÓN: Se pueden acoplar dos a más transformadores monofásicos ( n transformadores). c. Acoplar devanados primarios en serie

d. Acoplar devanados secundarios en serie


65


e. Conectar carga resistiva al devanado secundario.

f. Prepare la pinza en escala de voltaje.

OBSERVACIÓN La carga empleada en este caso es resistiva pero puede también capacitiva e inductiva, así también conectados en serie o paralelo . 6º Paso: Probar acoplamiento serie-serie. a. Conecte primario a la fuente de energía monofásica 220V-60Hz.

b. Conectar voltímetro al devanado primario y secundario.


66


c. Medir tensión y anotar lectura .

d. Conectar amperímetro al devanado primario y secundario.

e. Medir intensidad y anotar lectura.

OBSERVACIÓN. Repetir los pasos anteriores para los tres casos restantes: 1. Acoplamiento PARALELO – PARALELO. 2. Acoplamiento SERIE – PARALELO. 3. Acoplamiento PARALELO – SERIE.

7º Paso: Determinar la razón de transformación compuesta. a. Obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento dividiendo:


67


b. Con los datos de las mediciones realizadas y las ecuaciones de la razón de transformación complete la tabla siguiente:

c. Escribir en la pizarra los promedios obtenidos y en una puesta en común con los demás grupos obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento.

OBSERVACIÓN. El instructor dirigirá la puesta en común, actuará como facilitador y concluirá con la resolución de problemas relacionados.

7. ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES EN BANCOS MONOFÁSICOS. 7.1. INTRODUCCIÓN. Los transformadores monofásicos pueden conectar sus primarios y secundarios de distintas maneras, para obtener diferentes tensiones, distintas capacidades de corriente, y en sobremanera aumentar la potencia del sistema. De esta manera cubrir las necesidades de potencia solicitada por las cargas.


68


Figura: Banco monofásico de transformadores.

7.2. DEFINICIÓN. Se denomina banco monofásico a una asociación de transformadores monofásicos que funcionan, como si fuera un solo transformador monofásico.

Pudiéndose acoplar hasta en cuatro formas siguientes: ACOPLAMIENTOS Nº

Primario

Secundario

1 2 3 4

Serie Paralelo Serie Paralelo

Serie Paralelo Paralelo Serie

El acoplamiento que se deberá hacer dependerá de las condiciones de tensión corriente y potencia requeridas por la carga. 7.3. CONDICIONES PARA ACOPLAR. Para que los transformadores puedan ser acoplados deberán cumplir con 4 condiciones. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

69

INSTALACIÓN Y ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES o o o o

Igual razón de transformación Igual tensión de cortocircuito Correcta conexión de sus polaridades Características de frecuencia deben ser idénticas

7.4. RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN COMPUESTA. Es la razón de transformación del banco monofásico compuesto por n transformadores.

Como consecuencia se podrá decir también que:

7.5. ACOPLAMIENTO SERIE-SERIE. Acoplamiento de transformadores monofásicos que se puede emplear cuando se necesita tener una división de la tensión secundaria.

La característica principal es: ELECTRICISTA INDUSTRIAL

70


En el Primario: U1C = U1 + U1 y I1C = I1

En el Secundario U2C = U2 + U2 y I2C = I2

La Razón de Transformación Compuesta:

ac =

U 1c U 2 c

=

U 1 + U 1

=

U 2 + U 2

2U 1

=a

2U 2

En el Acoplamiento Serie – Serie . La razón de transformación compuesta es igual a la razón transformación de un solo transformador del banco 1 .

ac = a

7.6. ACOPLAMIENTO PARALELO-PARAL ELO. Acoplamiento de transformadores monofásicos que se puede emplear cuando no se necesita tener una división de la tensión pero si aumentar la corriente en el secundario.

La característica principal es: En el Primario: U1C = U1 y I1C = I1 + I1 ELECTRICISTA INDUSTRIAL

En el Secundario U2C = U2 y I2C = I2 + I2 71



ac =

U 1c

=

U 2 c

U 1

=a

U 2

En el Acoplamiento Paralelo Paralelo. La razón de transformación compuesta es igual a la razón transformación de un solo transformador del banco 1 Φ

ac = a

7.7. ACOPLAMIENTO SERIE-PARALELO. Acoplamiento de transformadores monofásicos que se puede emplear cuando se necesita tener un transformador reductor.

La característica principal es: En el Primario: U1C = U1 + U1 y I1C = I1

En el Secundario U2C = U2 y I2C = I2 + I2


ac =

U 1c U 2 c


=

U 1 + U 1 U 2

=

2U 1 U 2

=

2a 72


En el Acopl amiento Paralelo Serie. La razón de transformación compuesta es igual a la razón transformación de un solo transformador del acoplamiento por el número de transformadores que constituyen el banco 1Φ.

a

c

=

na n = Nº de Transformadores

7.8. ACOPLAMIENTO PARALELO-SERIE. Acoplamiento de transformadores monofásicos que se puede emplear cuando se necesita tener un transformador elevador.

La característica principal es: En el Primario: U1C = U1 y I1C = I1 + I1

En el Secundario U2C = U2 + U2 y I2C = I2


ac =

U 1c U 2 c

=

U 1

=

U 1

2U 2

U 2 + U 2

=

a

2

En el Acoplamiento Paralelo Serie La razón de transformación compuesta es igual a la razón transformación de un solo transformador del acoplamiento dividido por el número de transformadores que constituyen el banco 1 Φ.

a

c

=

a

/n

n = Nº de Transformadores ELECTRICISTA INDUSTRIAL

73


N°

ORDEN DE EJECUCIÓN


Preparar puesto de trabajo Destornillador plano, perillero Probar aislamiento de devanados del transformador Alicate de corte diagonal, universal Determinar lados de AT y BT Alicate punta redonda/semiredonda Determinar razón de transformacion compuesta Cuchilla curva de electricista Elaborar esquema del autotransformador monofásico Megómetro y trifásicocon carga Voltímetro 0-220 Voltios 6 Conectar autotransformador monofásico y trifásico Amperímetro 0-40 Amperios con carga Transformadores 7 Probar autotransformador monofásico y trifásico Autotransfprmadores con carga Carga 1 2 3 4 5

DENOMINACIÓN Instala transformadores monofasicos como auto transformador monofásico y trifásico (8h) ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T05

Tiempo: 8 horas

HOJA:1/1

74


TAREA: INSTALA TRANSFORMADOR MONOFÁSICO COMO AUTO TRANSFORMADOR MONOFÁSICO. Es una operación que consiste en convertir un transformador monofásico en autotransformador monofásico, con la finalidad de estudiar cómo se comporta la potencia en este caso.

5º Paso: Elabora esquema del autotransformador monofásico. a. Prepare instrumentos de dibujo. OBSERVACIÓN: Se debe tener como mínimo en la mesa de trabajo. 1 2 3 4

Papel formato A4. Lápiz. Juego de reglas. Borrador y Tajador.

b. Dibuje el circuito eléctrico del autotransformador monofásico con carga, empleando normas.

OBSERVACIÓN: El aprendiz deberá tener como palabra clave la designación del autotransformador monofásico según la normas. c. Dibuje a mano alzada el esquema pictórico del autotransformador monofásico con carga.


75


2º Paso: Conectar autotransformador monofásico con carga. a. Puentear con un conductor el no punto del primario con el punto del secundario.

b. Conectar carga al secundario del autotransformador.

c. Conectar devanado primario del autotransformador a la fuente de tensión.

OBSERVACIÓN También se puede emplear autotransformadores directamente, sin necesidad de convertir transformadores en autotransformadores.


76


3º Paso: Probar autotransformador monofásico con carga. a. Conectar voltímetro al devanado primario y secundario.

b. Medir tensión y anotar lectura.

c. Conectar amperímetro al devanado primario y secundario.

d. Medir intensidad y anotar lectura.

e. Obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento dividiendo:


77


f. Con los datos de las mediciones realizadas y las ecuaciones de la razón de transformación complete la tabla siguiente:

g. Escribir en la pizarra los promedios obtenidos y en una puesta en común con los demás grupos obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento.

OBSERVACIÓN: El instructor dirigirá la puesta en común, actuará como facilitador y concluirá con la resolución de problemas relacionados. OPERACIÓN: INSTALA AUTOTRANSFORMADOR TRIFÁSICO. Es una operación que consiste en verificar el funcionamiento del Autotransformador trifásico.

1º Paso: Elabora esquema del autotransformador Trifásico. a. Prepare instrumentos de dibujo. OBSERVACIÓN: Se debe tener como mínimo en la mesa de trabajo. 1 Papel formato A4. 2 Lápiz. 3 Juego de reglas. 4 Borrador y Tajador. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

78


b. Dibuje el circuito eléctrico del autotransformador monofásico con carga, empleando normas.

c. Conectar autotransformador y la carga ambos en estrella.

2º Paso: Conectar autotransformador trifásico y carga trifásica. Observación: La carga también puede ser conectada en triangulo.

3º Paso: Probar acoplamiento de transformadores monofásicos a. Instalar Voltímetro, Amperímetro y medir parámetros eléctricos.


79


b. Medir y llenar tabla de medidas.

c. Con los datos de las mediciones realizadas y las ecuaciones de la razón de transformación complete la tabla siguiente:

d. Escribir en la pizarra los promedios obtenidos y en una puesta en común con los demás grupos obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento. OBSERVACIÓN: El instructor dirigirá la puesta en común, actuará como facilitador y concluirá con la resolución de problemas relacionados

8. EL AUTO TRANSFORMADOR. 8.1. DEFINICIÓN. El auto transformador es un tipo de transformador que está compuesto por un solo bobinado.


80


También se dice que un auto transformador es el mismo transformador monofásico de potencia conocida al que se conecta en serie sus dos bobinados (primario y secundario), resultando un nuevo transformador cuya principal característica es del tener un solo bobinado que sirve de primario y de secundario. 8.2. TIPOS: Existen hasta dos conexiones de auto transformadores monofásicos. • Auto transformador elevador: Cuando la tensión secundaria es mayor que la primaria • Auto transformador reductor: Cuando la tensión secundaria es menor que la primaria

El auto transformador más empleado en la industria es el reductor por lo que ampliaremos su estudio.

8.3. EL TRANSFORMADOR OPERANDO COMO AUTO TRANSFORMADOR

Consideremos un transformador monofásico como el de la figura siguiente:


81


Acoplamos el bobinado primario y el secundario en serie mediante un alambre.

(a). (b). (c). (a) Se coloca un Puente entre el primario y el secundario. (b) Tal que las tensiones primaria y secundaria se sumen. (c) Pudiéndose decir que el circuito serie queda así. (d) Formándose un esquema al denominamos transformador.

(d).

Auto transformador monofásico reductor con carga.

8.3.1. RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN. Tal como se observa en los esquemas ilustrados se ha obtenido un nuevo transformador (auto transformador) con una relación diferente se tiene un auto transformador. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

82


Si se observa la figura se observara que los auto transformadores poseen un solo bobinado.

En este caso las leyes y las ecuaciones que se han estudiado para los transformadores normales se aplican en igual forma para los auto-transformadores. 8.3.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. Cuando se aplica una tensión a las terminales de todo el arrollamiento del auto transformador, se producirá una caída de tensión en todo el arrollamiento que es igual al voltaje aplicado.

Puesto que la resistencia de la bobina es muy pequeña, el contra voltaje autoinducido en toda la bobina será también casi tan alto como el voltaje aplicado. El contra voltaje inducido en la sección secundaria de la bobina será proporcional al Nº de vueltas que se ha tomado para esta parte secundaria. Por consiguiente el voltaje obtenido en los terminales del secundario dependerá del punto en el cual se conecte la derivación y del Nº de vueltas entre los conductores terminales del secundario. El Auto t ransformador se induce. Los auto transformadores necesitan menos cobre que los transformadores monofásicos normales pero su rendimiento es más bajo (tiene más perdidas). 8.3.3. APLICACIÓN DE LOS AUTO TRANSFORMADORES. La aplicación más importante de los autos transformadores es en los compensadores de arranque, para reducir el voltaje de arranque de los motores de inducción de C.A. Las ventajas que ofrece el auto transformador respecto al transformador son las siguientes: ELECTRICISTA INDUSTRIAL

83


Ahorro en materiales al construirlo y como consecuencia menos pérdidas por efecto JOULE, menos peso, más económico, etc. Pueden ser utilizados como reguladores de tensión alterna de una forma continua, econórnica y precisa. Para ello serán generalmente toroidales y de cursor El inconv eniente frente a los transformadores es su falta de aislamiento entre primario y secundario, lo que hace, que no puedan ser utilizados como separadores entre la red de distribución y el usuario de los circuitos.

8.3.4. USO DEL AUTOTRANSFORMADOR VARIABL E (VARIAC). Estos dispositivos son como los que hemos empleado para realizar los ensayos de cortocircuito de los transformadores Los autotransformadores son ideales para obtener una tensión variable mediante un sistema que sea capaz de ir poniendo en conexión las diferentes espiras del bobinado principal

Se construyen con contactos deslizantes o con contacto fijos selección mediante un conmutador múltiple rotativo. Es un dispositivo muy útil, el variac de uso en el laboratorio y en otras situaciones que requieren un voltaje continuamente variable sobre rangos muy amplios. En los terminales de entrada y uno de los de salida son fijos, pero el segundo terminal de salida se conecta a una escobilla de carbón que desliza sobre toda la longitud de la bobina. En cualquier posición, la bobina se puede visualizar como dos segmentos comparables a las bobinas de un auto trasformador de terminales fijos.

El funcionamiento del variac se puede comparar al de un divisor de tensión reostático: sin embargo, el variac puede elevar la fuente de voltaje mientras que un reóstato no y la pérdida de potencia en un variac es considerablemente menor que la de un reóstato comparable. Con cualquiera de los dos ELECTRICISTA INDUSTRIAL

84


dispositivos. Cabe aquí recordar que un descuido momentáneo puede conducir a corrientes excesivamente grandes capaces de destruir rápidamente equipos sin Protección. 8.3.5. POTENCIA DEL AUTOTRANSFORMADOR.

Cuando se usa el transformador normal como auto transformador la potencia aumenta en 1100% 1100% de su potencia potencia original con la bobina bobina de baja tensión a su capacidad nominal, y la bobina de alta tensión con una sobre carga despreciable. ELECTRICISTA ELECTRICISTA INDUSTRIAL INDUSTRIAL

85


El enorme incremento de potencia en KVA, producido al conectar un transformador como auto transformador es lo que permite a los auto transformadores sea sea de tamaño mucho menor que que los auto ttransformadores ransformadores normales. PROBLEMA. Considere un transformador cuya capacidad normal de dos devanados es de 100 KVA y su relación de transformación es de 11500/2300 voltios. Si sus devanados se conectan de tal manera que opera como auto transformador. Calcule la capacidad para estas condiciones. El secundario está a 11500 voltios. Solución.

PROBLEMA. Se tiene un transformador monofásico de 10KVA cuya relación de transformación de 2300/280 voltios y se conecta como auto auto transformador transformador para alimentar una carga a 2300 voltios, calcular la potencia en tales condiciones. Solución.


86


8.4.

EL AUTO TRANSFORMADOR TRANSFORMA DOR TRIFÁSICO.

8.4.1. GENERALIDADES. En la Figura, se observa el esquema de tres terminales, una de cada bobina conectada junta para formar una conexión estrella. El otro extremo de cada bobina esté conectado a su respectivo conductor de línea.

Mientras un auto transformador esté conectado a la línea, estará pasando una corriente poca intensidad a través de sus devanados, análogo a la corriente magnetizante que existo en el primario de cualquier transformador, allí cuando no haya ninguna carga aplicada al secundario Cuando el secundario de un transformador está cargado, la corriente primaria aumenta, en el caso de un auto transformador reductor de voltaje como el empleado en los arrancadores de motores Si la relación reductora es de 2 a 1 la Intensidad de la corriente primaria solo aumentara la mitad de lo que aumenta la carga en el secundario.


87


Muchos auto transformadores empleados en los arrancadores de los motores o como compensadores tienen su bobinado provistas de derivaciones, de modo que pueden cambiarse, los conductores terminales secundarios que van al motor, para obtener una tensión de arranque más alta o más baja, y Aumentar Así o disminuir el par de Arranque del motor El esquema de la figura muestra los arrollamientos provistos de tres derivaciones de esta naturaleza. Es bastante común disponer esas derivaciones de modo que cuando se ponen los conductores secundarios en los terminales A, el secundario el secundario suministra al motor El 40% de la tensión alimentadora. Cuando las derivaciones se Ponen en los terminales B, El motor recibirá el 50% del voltaje de línea. Y cuando se ponen en el terminal C, El motor recibirá el 60% de la tensión de entrada 8.4.2. CONEXIONES TRIFÁSICAS DEL AUTOTRANSFORMADOR. Los auto-transformadores trifásicos se fabrican para diferentes usos y las conexiones más comunes son: a.- Conexión delta. b.- Conexión estrella. c.- Conexión delta abierto - delta abierta.


88


Los auto transformadores trifásicos pueden tener las conexiones en estrella o en triangulo. Pero los conectados exclusivamente en triángulo tienen varios inconvenientes. Las figuras siguientes representan a las dos combinaciones más usuales. La figura a es un auto transformador trifásico con conexiones en estrella, primarios de 440 voltios, y secundarios de 110 voltios. En la figura b las conexiones son en estrella-triángulo, igualmente para 440 voltios en los primarios y 110 voltios en los secundarios.

8.4.3. RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN. Para la demostración de la razón de transformación del auto transformador trifásico hay que tener en cuenta que su primario trifásico se comporta como un primario en estrella donde cada fase es la suma de U1 y U2, y su secundario como una fase también en estrella pero su fase solo es U2.


89


8.4.4. APLICACIONES DE LOS AUTOTRANSFORMADORES TRIFÁSICOS. Las aplicaciones más comunes del auto transformador trifásico son los siguientes: a) Arranque de motores (arranque a voltaje reducido). b) Interconexión de líneas. c) Bancos de tierra. d) Como regulador de voltajes trifásicos.

PROBLEMAS DE APLICACIÓN. Problema 01. Un auto transformador monofásico elevador de 1 kVA, 127/220V, 60Hz. funciona a plena carga. Considerando el aparato ideal, calcular:

a) Las Intensidades que circulan en el devanado serie y común. b) La Potencia electromagnética. Solución a) La intensidad de corriente absorbida por el primario. I 1c =

S U

=

1c

1000 127

= 7,87 A

La intensidad de corriente suministrada por el secundario. I 2 c =

S U

2c

=

1000 220

= 4,55A

La intensidad que circula por el devanado serie. I serie = I 2 c = 4,55 A La intensidad en el devanado común. I comun = I 1c - I 2 c = 7,87 A - 4,55 A = 3,32 A b) La potencia electromagnética. S comun = U 1 c I comun = 127 x 3,32 A = 421.64 A


90


Problema 02. Un auto transformador monofásico reductor de 10 kVA, 380/220 V se conecta a una carga. Calcular, considerando el aparato ideal:

a) Intensidad en el primario si el secundario suministra 40 A. b) Intensidad en el devanado común con la carga anterior. c) Intensidad que circula por el devanado serie y por el devanado común cuando funciona a plena carga. d) Potencia electromagnética. Solución a) 23,16 A; b) 16,84 A; c) Iserie = 26,32 A, Icomun =19,13 A d) 4 208,6 VA

Problema 03. Un auto transformador monofásico funciona como reductor conectado a una tensión alterna senoidal 1000 V, 60 Hz. La carga está constituida por una resistencia óhmica de 100Ω. El devanado serie tiene 500 espiras y el devanado

común 1500. Calcular considerando el auto transformador ideal: a) Tensión en bornes del secundario. b) Intensidad que consume de la red. c) Intensidades en el devanado serie y en el devanado común. Solución a) 750 V

b) 5,625 A; c) Iserie = 5,625 A, Icomun = 1,875 A.

Problema 04. Un auto transformador de 380/110 V suministra una potencia aparente de 10 kVA. Calcular la potencia propia o transformada electro magnéticamente. Solución: 7,1 kVA. Problema 05. Un auto transformador de 220/200 V, suministra una potencia aparente de 1kVA. Calcular considerando el aparato ideal: a) Potencia propia. b) Intensidad de corriente eléctrica en los devanados serie y común. c) Sección de los conductores si se admite una densidad de corriente de 2 A/mm2 Solución: a) 91 VA;

b) 4,55 A, y 0,45A; c) S serie = 2,27 mm2, Scomun = 0,23 mm 2


91


Problema 06: Un auto transformador alimenta una carga de 10 KW a 120 volts y factor de potencia unitario; si el voltaje de alimentación es de 240 volts, calcular:

a) La relación de transformación. b) La corriente en el secundario y en el primario. c) El número (le espiras en el secundario, suponiendo que el número total de espiras es de 240. d) La potencia transformada. e) La potencia suministrada, directamente de la fuente de alimentación a la carga. Solución a) 2 b) 83.33 A , 41.6 A c) 120 espiras d) 5 Kw. e) 5 Kw.


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93


TAREA: REALIZA EL ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES EN BANCOS TRIFÁSICOS (ÍNDICE HORARIO 0).

Es una operación que consiste en acoplar transformadores 1Φ en bancos 3Φ, esta operación se realiza con la finalidad de estudiar el funcionamiento de los transformadores 3Φ que no tienen desfasaje en su relación de transformación. 1º Paso: Elaborar esquema del banco de transformadores trifásicos (índice horario 0) a. Dibuje el circuito eléctrico del banco de transformadores monofásicos, empleando normas.

2º Paso: Prepare el puesto de trabajo con trasformadores monofásicos, Zigzag, voltímetro, amperímetro y cable trifásico.


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3º Paso: Acoplar banco de transformadores 3 esquema:

 en conexió

a. Puentear el primario en conexión estrella.

b. Conectar secundario en estrella.

c.

Conectar alimentación trifásica al primario y carga trifásica, al secundario.

OBSERVACIÓN: También se puede emplear autotransformadores directamente, sin necesidad de convertir transformadores en autotransformadores.


95


4º Paso: Probar banco de transformadores 3Φ en conexión: Yy 0. a. Conectar voltímetro al devanado primario y secundario.

OBSERVACIÓN: La carga puede ser también inductiva o capacitiva, en estos casos debemos preparar un vatímetro o un cosfímetro monofásico. 5º Paso: Medir tensión y anotar lectura.

OBSERVACIÓN: Repetir los pasos anteriores para los tres casos restantes: • Acoplamiento Triangulo-Triangulo 0 (Dd0) • Acoplamiento Triangulo Abierto-Triangulo Abierto (ΛΛ0) 6º Paso: Acoplar banco de transformadores 3Φ en conexión: Dz0 a. Traer e identificar bornes del transformador para conexión Zig Zag


96


b. Puentear el primario en conexión triángulo.

c. Conectar secundario en zigzag.

OBSERVACIÓN: Primero debe realizar la determinación de la polaridad de los Zigzag. a. Conectar alimentación trifásica al primario y carga trifásica, al secundario.


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2º Paso: Probar banco de transformadores 3Φ en conexión: Yy 0. a. Conectar voltímetro al devanado primario y secundario.

OBSERVACIÓN: La carga puede ser también inductiva o capacitiva, en estos casos debemos preparar un vatímetro o un cosfímetro monofásico. b. Medir tensión y anotar lectura.

3º Paso: Determinar la razón de transformación compuesta. a. Obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento dividiendo :



98



OBSERVACIÓN: El instructor dirigirá la puesta en común, actuará como facilitador y concluirá con la resolución de problemas relacionados

9. CONEXIONES TRIFÁSICAS DE TRANSFORMADORES. 9.1. GENERALIDADES. La mayor energía eléctrica empleada en el mundo industrial es la energía eléctrica trifásica, por lo que este capítulo tiene por finalidad el estudio de los transformadores empleados en la transmisión y la utilización de energía eléctrica trifásica. 9.2. NÚCLEOS Y BOBINADOS. Los transformadores trifásicos sirven para transformar tensiones alternas trifásicas, lo que se puede lograr de dos maneras distintas una conectando dos o tres transformadores monofásicos de forma adecuada o bien mediante el empleo de transformadores polifásicos especiales.

Figura: Núcleos de transformadores monofásicos.

En el caso del acoplamiento de tres transformadores monofásicos acoplados en un banco trifásico se dispone de tres núcleos con sus campos magnéticos ELECTRICISTA INDUSTRIAL

99


desplazados 120º transformadores, la suma de los flujos magnéticos en la columna central será nula en todo instante. por lo que la columna central no será necesaria, así obtenemos un núcleo de tres columnas.

Figura: La suma de flujos magnéticos en la columna central es 0.

Los transformadores trifásicos sirven para transformar tensiones alternas trifásicas, y son de uso común cuando el espacio del que se dispone es limitado, pues exigen menos espacios que tres transformadores monofásicos para los mismos kVA. Nominales. Los transformadores trifásicos suelen emplear núcleos de tres o de cinco columnas, como el caso de la figura.

Los bobinados del primario y del secundario suelen estar devanados unos encima de otros a fin de reducir las pérdidas y de que la tensión de cortocircuito sea pequeña, existen varias posibles disposiciones de los bobinados

9.3. DESIGNACIÓN DE POLOS Y BORNES. Es necesario designar los bornes de los transformadores trifásicos, así de esta manera podremos conectarlos sin equivocarnos la figura del transformador trifásico se puede observar que en la primera columna, dos extremos con la ELECTRICISTA INDUSTRIAL

100


misma polaridad se designaran por A - a, y los Opuestos (También de igual polaridad entre si) por A´ - a´, Análogamente se procederá con las siguientes columnas, a base de las letras B y C.

En resumen se puede decir que los lados de alta tensión se designan con letras mayúsculas y los lados de baja tensión con minúsculas además los polos norte con las letras sin apostrofe y los polo sur letras con apostrofe. NOTA: Los vectores tensión primaria y secundaria están en fase, en cada columna, pero con respecto a las demás columnas están desfasadas 120º en todo momento.

Los transformadores monofásicos al estar acoplados en sistemas trifásicos sus tensiones y corrientes están desfasados 120 grados eléctricos. Las operaciones matemáticas deberán ser las mismas que para vectores o fasores, ya que tratan de parámetros de corriente alterna.


101


9.4. BANCO TRIFÁSICO DE TRANSFORMADORES. Se denomina banco trifásico a una asociación de transformadores monofásicos que al ser acoplados funcionan, como si fuera un solo transformador trifásico.

Los transformadores monofásicos pueden acoplarse en bancos trifásicos hasta en dieciséis formas trifásicas siguientes: Nº

Acoplam iento Primario

Secundario

1

Estrella

Estrella

2

Triangulo

Triangulo

3

Delta Abierto

Delta Abierto

4

Zigzag

Zigzag

5

Estrella

Triangulo

6

Estrella

Delta Abierto

7

Estrella

Zigzag

8

Triangulo

Estrella

9

Triangulo

Delta Abierto

10

Triangulo

Zigzag

11 12

Delta Abierto Delta Abierto

Estrella Triangulo

13

Delta Abierto

Zigzag

14

Zigzag

Estrella

15

Zigzag

Triangulo

16

Zigzag

Delta Abierto


102


9.5. CONDICIONES PARA ACOPLAR TRANSFORMADORES BANCOS TRIFÁSICOS. Las mismas que para los bancos monofásicos, esto es: o Igual razón de transformación. o Igual tensión de corto circuito. o Correcta conexión de la polaridad. o Idéntica característica de frecuencia.

EN

9.6. GRUPOS DE CONEXIÓN. El grupo de conexión indica cómo están conectados los diferentes bobinados así como el índice horario del desfasaje entre los vectores de tensión de los devanados. 9.7. DIAGRAMA DEL RELOJ. Representa los 360º posibles que puede desplazarse el vector tensión secundario respecto del vector tensión primario como si fuera un reloj que da la hora, en la cual cada 30º es 1 hora.

Cualquier grupo de conexión debe tener un acoplamiento de referencia, para nuestro caso se muestra el estrella 0º y el triángulo 0º, así se podrá medir el ángulo de desfasaje del Vector tensión secundario con respecto de esta referencia. La Figura muestra las tensiones trifásicas en estrella y triangulo en la posición cero (Referencia del primario).


103


En los bobinados del primario y secundario pueden realizarse diferentes conexiones, que se distinguen mediante el llamado GRUPO DE CONEXION de un transformador trifásico

9.8. ÍNDICE HORARIO. Indica el número de veces 30º en que el vector de baja tensión en estrella está retrasado respecto al vector de Alta tensión en estrella con terminales homólogos. La tensión en estrella está siempre desplazada 30º respeto a la tensión en triángulo.

El acoplamiento se determina según la finalidad que va a cumplir el transformador trifásico, debido a que en redes de iluminación y a la utilización de motores, transformadores para soldadura, etc. los transformadores se sobrecargan progresivamente en forma unilateral (asimétricamente). En virtud de este hecho, en los conductores externos no solo pueden aparecer tensiones de módulos diferentes, unos en relación con otros, sino que además, esta variación en los conductores externos provocará un sobrecalentamiento indebido.

Estas desventajas se evitan mediante el empleo de conexiones determinadas en los transformadores que aseguren la misma relación de tensiones en los devanados de alta y baja tensión, respectivamente. Por ejemplo, si el del lado secundario solo un devanado tiene carga, deberá tener la misma carga el devanado primario correspondiente.


104


9.9. GRUPOS DE CONEXIÓN ÍNDICE HORARIO CERO. Los más empleados son: a. Estrella Estrella 0, b. Triángulo Triángulo 0, c. Delta abierto Delta abierto 0, d. Triángulo Zigzag 0

9.10. ACOPLAMIENTO Yy0 (Estrella Estrell a 0). Este tipo de conexión es el más utilizado y preferido para transformadores de distribución de pequeña y mediana potencia, con conductor neutro en el secundario y pequeño desequilibrio entre las cargas de las fases, los bancos YY son los más económicos Existen tres casos:

Sin neutro central. Se emplean para la transferencia de grandes potencias en las redes de distribución de energía, sirve para las cargas asimétricas, ya que no se modifica el equilibrio magnético. Con neutro central en el lado de baja tensión. Se emplean para cargas asimétricas a través del neutro central. Con neutro central en el alta . Tensión debe quedar bien conectada al neutro del sistema, pues de lo contrario, pueden producirse voltajes excesivos en el circuito del secundario. Por ejemplo en transformadores de distribución con el lado de baja tensión 380 – 220V o bien 220 – 127V, y también en el lado de alta tensión para puestas de neutros a tierra. Útil para transformadores con potencias pequeñas o moderadas conectados a tensiones elevadas.


105


9.10.1. ACOPLAMIENTO Y RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN:

Esquema que para entenderla en mejor lo convertimos al siguiente forma

LEYENDA U1 U2 a U1c U2c ac

Tensión Primaria uno de los Transformadores 1Φ Tensión Secundaria de uno de los Transformadores 1 Φ Razón de transformación del transformador 1Φ Tensión Primaria compuesta del banco 3Φ Tensión Secundaria del banco 3Φ Razón de transformación compuesta del banco 3 Φ

9.10.2. DIAGRAMA VECTORIAL. Según la conexión se construye el diagrama vectorial de tensiones primaria y secundaria tomando en cuenta que las tensiones 3 energía desfasadas 120 grados y que las tensiones homologas son paralelas


106

 llegan de


Razón de transformación.

Conclusión La razón de transformación compuesta del banco trifásico Yy0 es igual a la razón de transformación de un de los transformadores que es acoplado. 9.11. ACOPLAMIENTO Dd0 (Triangu lo Triangulo 0) Acoplamiento de transformadores monofásicos que se puede emplear cuando se necesite que cumpla la función como transformador reductor o elevador.

Un banco de tres transformadores puede hacerse funcionar a potencia reducida con una pequeña carga desequilibrada si dos de las unidades tienen la misma impedancia, y la tercera unidad tiene una impedancia comprendidas ente + 25% de las unidades iguales. 9.11.1. Acopl amiento y razón de transform ación. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN: ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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Esquema que para entenderla en mejor forma lo convertimos al siguiente forma:

9.11.2. Diagrama vectorial.


108


Razón de transformación:

Conclusión . La razón de transformación compuesta del banco trifásico Dd0 es igual a la razón de transformación de un de los transformadores que es acoplado.

9.12. ACOPLAMIENTO Dz0 (Triangu lo Zigzag 0). En la conexión Zigzag cada uno de los arrollamientos está dividido en dos partes, que se bobinan sobre dos columnas diferentes del transformador, con inversión de las entradas y de las salidas al pasar de una columna a otra, es decir, que se montan en oposición, siguiendo un orden de permutación circular de núcleos. La fuerza electromotriz correspondiente a cada fase resulta de la composición de dos fuerzas electromotrices desfasadas entre si en 120ºC.

Se emplean cuando el desequilibrio de las fases excede de 10%, es preferible esta conexión 9.12.1. ACOPLAMIENTO Y RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN:

Esquema que para entenderla en mejor forma lo convertimos al siguiente forma: ELECTRICISTA INDUSTRIAL

109


9.12.2. Diagrama vecto rial.


110


Razón de transformación.

Conclusión.

La razón de transformación compuesta del banco trifásico Dz0 es igual a 2/3 de la razón de transformación de uno de los transformadores que es acoplado.


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N°

ORDEN DE EJECUCIÓN


Preparar puesto de trabajo Destornillador plano, perillero Probar aislamiento de devanados del transformador Alicate de corte diagonal, universal Determinar lados de AT y BT Alicate punta redonda/semiredonda Determinar razón de transformacion compuesta Cuchilla curva de electricista Elaborar esquema del banco de transformadores Megómetro Trifásicos (indice horario diferente de 0) Voltímetro 0-220 Voltios 6 Acoplar banco de transformadores trifasicos en cone Amperímetro 0-40 Amperios Dy5; Yz5;Dz6; Yd11 Transformadores 7 Probar banco de transformadores trifasicos en conex Carga trifasica Dy5; Yz5;Dz6; Yd11 1 2 3 4 5

DENOMINACIÓN Realiza el Acoplamiento de transformadores en bancos trifásicos (índice horario diferente de 0) (4h) ELEC TRICISTA INDUSTRIAL


HT:T07

Tiempo: 8 horas

HOJA:1/1

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TAREA: REALIZA EL ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES EN BANCOS TRIFÁSICOS (ÍNDICE HORARIO DIFERENTE DE 0).

Es una operación que consiste en acoplar transformadores 1Φ en bancos 3Φ, esta operación se realiza con la finalidad de estudiar el funcionamiento de los transformadores 3Φque tienen desfasaje en su relación de transformación. 1º Paso: Elaborar esquema del banco de transformadores trifásicos (índice horario 0). a. Dibuje el circuito eléctrico del banco de transformadores 1Φ, empleando normas.

b. Prepare el puesto de trabajo con tres trasformadores monofásicos, voltímetro, amperímetro, y cable trifásico.


113


2º Paso: Acoplar banco de transformadores 3Φ en conexión: Dy5. a. Conectar Primario en Triángulo.

b. Conectar secundario en estrella según esquema.

c. Conectar alimentación trifásica al primario y carga trifásica, al secundario.

OBSERVACIÓN: También se puede emplear autotransformadores directamente, sin necesidad de convertir transformadores en autotransformadores. 3º Paso: Probar banco de transformadores 3Φ en conexión: Dy5. a. Conectar voltímetro al devanado primario y secundario. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

114


O B S

OBSERVACIÓN: La carga puede ser también inductiva o capacitiva, en estos casos debemos preparar un vatímetro o un cosfímetro monofásico. b. Medir tensión y anotar lectura.

OBSERVACIÓN: Repetir los pasos anteriores para los tres casos restantes: • Acoplamiento Estrella-ZigZag 5 (Yz5). • Acoplamiento Triangulo-ZigZag 6 (Dz6). • Acoplamiento Estrella-Triangulo 11 (Yd11). 4º Paso: Determinar la razón de transformación compuesta. a. Obtener razón de transformador compuesta del acoplamiento dividiendo:


115




OBSERVACIÓN: El instructor dirigirá la puesta en común, actuará como facilitador y concluirá con la resolución de problemas relacionados.

10. CONEXIONES TRIFÁSICAS DE TRANSFORMADORES (2). Todos los transformadores trifásicos son en realidad grupos de conexión esta designación tiene que ver con el Angulo que se desfasa los diagramas vectoriales del secundario con respecto a los del primario (Se verá con detalle más adelante), Existiendo grupos de conexión con diferentes desfasajes (índice horario), Los más empleados son:


116


10.1. GRUPOS DE CONEXIÓN ÍNDICE HORARIO ES DIFERENTE DE CERO. 10.1.1. GRUPOS DE CONEXIÓN: Dy5.

La conexión Dy5 se pueden emplear en transformadores de distribución carga en neutro y carga nominal. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

117


Permite la alimentación de una carga monofásica, bien sea entre fase y neutro o entre dos fases a) ACOPLAMIENTO. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN:


b) DIAGRAMA VECTORIAL.


118


c) RAZÓN DE TRANSFORMACIÓN.

CONCLUSIÓN. La razón de transformación compuesta del banco trifásico Dy5 es igual a la razón de transformación de un de los transformadores que es acoplado entre la 3

10.1.2. GRUPOS DE CONEXIÓN: Yz5. El acoplamiento zigzag ha sido concebido para la resolución de un problema particular, el de alimentar una carga monofásica entre fase y neutro o bien entre 2 fases de un transformador cuyos devanados primarios están conectados en estrella con neutro aislado, lo que reduce la elección del acoplamiento primario a dos posibilidades, acoplamiento en triangulo o en acoplamiento en estrella con neutro aislado. La ventaja del acoplamiento en estrella sobre el acoplamiento en triangulo reside principalmente en que permite hacer fácilmente variable el número de espiras de los devanados En la práctica solamente se emplea en el secundario, a) ACOPLAMIENTO. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN:


119






120


CONCLUSIÓN .

La razón de transformación compuesta del banco trifásico Yz5 es igual a la

2 3

de la razón de transformación de un de los transformadores que es acoplado

10.1.3. GRUPOS DE CONEXIÓN: Dz6. a) ACOPLAMIENTO. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN:

Esquema que para entenderla en mejor forma lo convertimos a la siguiente forma:


121




CONCLUSIÓN:

La razón de transformación compuesta del banco trifásico Dz5 es igual a la

2 3

de la razón de transformación de un de los transformadores que es acoplado.

10.1.4. GRUPOS DE CONEXIÓN: Yd11. La conexión Yd no tiene problema con los componentes del tercer armónico en sus voltajes, ya que ellos se consumen en la corriente circulatoria del lado delta, Esta conexión también es más estable con relación a las cargas desbalanceadas, puesto que la delta redistribuye parcialmente cualquier desbalance que se presente.


122


Esta disposición tiene un problema, en razón de la conexión delta el voltaje secundario se desplaza cierto Angulo con relación al voltaje primario del transformador. Un desplazamiento de la fase puede causar problemas al conectarse en paralelo. a) ACOPLAMIENTO. El acoplamiento se inicia con el esquema del acoplamiento según normas DIN:

Esquema que para entenderla en mejor forma lo convertimos a la siguiente forma



123



CONCLUSIÓN. La razón de transformación compuesta del banco trifásico Yd11 es igual a la razón de transformación de un de los transformadores que es acoplado sobre la 3 .

10.2. APLICACIONES DE LOS BANCOS TRIFÁSICOS Y-Y, DY, ZIGZAG.

En estrella se consigue que la tensión a la que queda sometida cada fase del transformador sea, 3 veces menor que la tensión de línea, por lo que se consigue reducir el número de espiras en relación a la conexión en triángulo para una misma relación de transformación de tensiones compuestas. Por otro lado, la conexión en estrella hace circular una corriente por cada fase del transformador 3 veces mayor que en la conexión en triángulo, por lo que la sección de los conductores de las espiras aumenta en relación a la conexión en triángulo. Conectando el secundario en estrella se consigue disponer de neutro, lo que permite obtener dos tensiones de distribución y la posibilidad de conectar el neutro a tierra para garantizar la seguridad de las instalaciones. A continuación se muestran algunos esquemas típicos de conexión de los transformadores trifásicos. En la Figura: a se muestra una conexión estrella estrella (Yy), en la Figura: b una conexión estrella triángulo (Yd), y en la Figura: c una conexión triángulo estrella (Dy).


124


Figura a

Figura b

Figura c Cuando se conecta el primario y el secundario en estrella (Yy), por ejemplo, un transformador de distribución a dos tensiones que posea alta tensión en el primario, y se conectan cargas en el secundario fuertemente desequilibradas, aparece un fuerte desequilibrio de corrientes en el primario que, a su vez, provoca una asimetría de los flujos que hace que la tensión de salida aumente en las fases no cargadas y disminuya en las cargadas. Este fenómeno se reduce considerablemente si conectamos el primario en triángulo (Dy), pero eliminamos la posibilidad de conectar el neutro en el lado de alta tensión. Una forma de evitar este fenómeno manteniendo el neutro consiste en conectar el secundario en zig-zag (Yz), para lo cual se divide el bobinado de cada fase en dos partes iguales y se arrollan en sentido contrario y cada parte se conecta en serie con la columna consecutiva, tal como se muestra en la Figura siguiente La conexión en zig-zag resulta un poco más costosa por requerir un número de espiras mayores en el secundario respecto a una conexión en estrella.

Figura ELECTRICISTA INDUSTRIAL

125


En la práctica se emplea la conexión Dy para grandes transformadores y la conexión Yz se utiliza para pequeños transformadores en la red de baja tensión.

10.3. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS GRUPOS DE CONEXIÓN. La selección de la combinación de los grupos de conexión dependen de consideraciones económicas y de las exigencias que impone la operación, por ejemplo, en las redes de distribución que usan tres fases con neutro, es necesario el uso de devanados secundarios en estrella, ya que estos tienen un punto accesible para el neutro.

En los transformadores con devanado primario en delta y secundario en estrella o con el primario en estrella y secundario en zig-zag los desequilibrios o desbalances en la carga (cuando las fases no se encuentran igualmente cargadas) repercuten menos sobre la línea de alimentación primaria.

Con respecto a los efectos económicos, se puede decir como criterio general que los devanados en delta son más costosos que aquellos conectados en estrella, requiriéndose emplear conductores de diámetro menor o debiendo emplear un mayor número de espiras.


126



127


OPERACIÓN: INSTALA GRUPOS DE CONEXIÓN EN PARALELO EN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE BT.

Es una operación que consiste en acoplar en paralelo los grupos de conexión dentro de una SE, Esta operación se hace con la finalidad de aumentar la potencia de la SE. Para esta tarea se consi dera la tensión 220 o 380 VAC como máximo. 1º Paso: Elaborar esquema de conexión en paralelo de grupos de conexión a. Prepare instrumentos de dibujo. b. Dibuje el circuito del acoplamiento de transformadores trifásicos empleando normas.

c. Dibuje a El acoplamiento de transformadores trifásicos.

1º Paso: Determinar polaridad del transformador trifásico. a. Prepare puesto de trabajo (Instrumentos, Herramientas, transformadores).


128


b. Distribuya esquema:

los transformadores trifásicos y la carga

trifásica según

c. Conectar el lado de alta tensión.

OBSERVACIÓN: Se pueden acoplar dos a más transformadores trifásicos (Siempre que cumplan con las 5 condiciones requeridas). d. Efectúe la conexión del lado de baja tensión.

e. Intercálese voltímetros entre la línea y los polos de los devanados libres (en la que se debe poner la escala máxima del voltímetro al doble de su valor).


129


OBSERVACIÓN: En conexión correcta del paralelo de los transformadores, los voltímetros dan indicaciones nulas. 2º Paso: Acoplar transformadores trifásicos. a. Determine la razón de transformación de cada transformador trifásico .

b. Determine la tensión de cortocircuito de los transformadores trifásicos que tengan la misma razón de transformación.


130


c. Anote las potencia nominales de cada transformador trifásico.

d. Anote el índice horario de los transformador trifásicos.

2º Paso: Medir corriente de línea y fase. a. Distribuya esquema:

los transformadores trifásicos y la carga

trifásica según

b. Conectar el lado de alta tensión.

OBSERVACIÓN: Se pueden acoplar dos a más transformadores trifásicos (Siempre que cumplan con las 5 condiciones requeridas). ELECTRICISTA INDUSTRIAL

131


c. Efectúe la conexión del lado de baja tensión.

d. Cierre los circuitos y mida las corrientes primarias anote los valores en la tabla de medidas.

e. Igualmente mida las corrientes secundarias y en la carga trifásica.

f.

Repetir lo anterior con dos y finalmente con un transformador.

OBSERVACIÓN: Solo se podrán acoplar transformadores trifásicos en paralelo si estos cumplen con las siguientes condiciones: 1.- Razón de transformación aproximadamente igual . ELECTRICISTA INDUSTRIAL

132


2.- Índices horarios iguales. 3.- Tensiones de cortocircuito aproximadamente iguales. 4.- Las potencias nominales deben ser menores a la razón 3/1. 5.- Correcta conexión de sus polaridades. 2º Paso: Comprobar funcionamiento del paralelo de grupos de conexión. a. Cierre los circuitos y mida las tensiones primarias y secundarias, anote los valores en la tabla de medidas

b. Escribir en la pizarra los resultados obtenidos y en una puesta en común con los demás grupos determine el comportamiento de las características eléctricas y sobre todo del flujo de potencia en la subestación.

OBSERVACIÓN: El instructor dirigirá la puesta en común, actuará como facilitador y concluirá con la resolución de problemas relacionados.


133


11. SUB-ESTACIONES ELÉCTRICAS EN B AJA TENSIÓN 11.1.

INTRODUCCIÓN

El sector eléctrico y la mediana y gran industria requieren de subestaciones de distribución para suministrar la energía eléctrica en media y baja tensión. En la actualidad estos sistemas han evolucionado en cuanto a su equipamiento, donde es necesario conocer las nuevas tecnologías y la ejecución del mantenimiento. En toda instalación industrial, comercial así como doméstica es indispensable el uso de la energía eléctrica, la continuidad de servicio y calidad de la energía es esencial para el uso de los diferentes equipos, ya sean industriales o domésticos. Por esto es requerido contar con una subestación que subministre la energía eléctrica a una potencia y voltaje apropiado

GENERACIÓN

TRANSMISIÓN

DISTRIBUCIÓN

11.2. DEFINICIÓN. Una subestación eléctrica se puede definir como un conjunto de maquinas, aparatos y circuitos que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica (tensión y corriente) y de permitir el subministro de la misma al sistema y líneas de transmisión existentes.


134


11.3.

CLASIFICACIÓN.

De acuerdo a su funci ón. Subestaciones elevadoras Estas subestaciones se encuentran adyacentes a las centrales generadoras y permiten modificar los parámetros de la potencia subministrada por los generadores, para permitir la transmisión de la energía eléctrica a través de la líneas de transmisión a tensiones más elevadas que la generación, en la república mexicana se genera entre 6 y 20 kv y se transmite a 69 kv, 115 kv, 138 kv, 230 kv y 400 kv.

Subestaciones receptoras (reductoras) primarias Estas subestaciones se alimentan directamente de las líneas de transmisión y reducen la tensión a valores menores según sea el nivel de la transmisión ya sea para ser usadas en subtransmisión o en distribución según sea el caso, los niveles comunes de tensión de salida de estas subestaciones son de 34.5 kv, 69 kv, 85 kv, y 115 kv. Subestaciones receptoras (reductoras) secundarias Estas subestaciones se encuentran alimentadas normalmente por los niveles de tensión intermedios (69 kv, 115 kv y en algunos caso 85 kv) para alimentar a las llamadas redes de distribución de 6.6 kv, 13.8 kv, 23 kv y 34.5 kv. Subestaciones tipo intemperie son aquellas que están construidas para operar a la intemperie y que requieren del uso de máquinas y aparatos adaptados para el funcionamiento en condiciones atmosféricas adversas ( lluvia, nieve, viento, contaminación ambiental) generalmente se usan para sistemas de alta tensión y en una forma muy elemental en las redes de distribución aéreas. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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Por tipo de Instalación Subestaciones de tipo interior. Las subestaciones que son instaladas en el interior de edificios no se encuentran por lo tanto sujetas a las condiciones de la intemperie, esta solución en la actualidad solo encuentra aplicación en ciertos tipos de subestaciones que ocupan poco espacio y que se conocen como subestaciones unitarias, que operan con potencias relativamente bajas y se emplean en el interior de industrias o comercios.

Subestaciones tipo blindado. En este tipo de subestaciones los aparatos y las máquinas se encuentran completamente blindados y el espacio que ocupan, a igualdad de potencia y tensiones, es muy reducido en comparación con los otros tipos de subestaciones, generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación. 11.4.

PARTES.

11.4.1. Acometida. Es la parte de la instalación de enlace que une la red de distribución de la empresa eléctrica con la caja general de protección del particular. Es propiedad de la empresa eléctrica y suele haber una por cada edificio. Las acometidas pueden ser subterráneas o aéreas, dependiendo del tipo de distribución de la zona: Subterránea, para zonas urbanas. Aéreas, para las líneas de alta tensión. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

136


11.4.2. Cuchillas. Son interruptores que se utilizan ya sea en el lado de alta o de baja tensión, sirven como protección para el transformador o el equipo asociado ya que pueden seccionarse en caso de emergencia. Este tipo de protección se conecta en serie con el circuito. Existen cuchillas individuales, es decir, una cuchilla para cada fase, y cuchillas de operación en grupo. Por la forma en la que operan se pueden clasificar en: 1. Cuchillas desconectadoras. Este tipo de cuchillas se encuentran sostenidas mecánicamente y pueden operarse ya sea automática o manualmente. para restablecer basta con volverlas a conectar automáticamente o bien, con ayuda de una pértiga. Normalmente se diseñaban para operación sin carga, algunas como los seccionadores pueden operar con cargar, pero a niveles de tensión inferiores a 69 kv y en ningún caso desconectan corrientes de corto circuito. también en el caso de las subestaciones eléctricas sirve para la puesta a tierra de equipo o partes de la instalación. 2. Cuchillas fusibles. Este tipo de cuchillas abren al presentarse una sobre corriente. y tienen internamente un elemento fusible calibrado para que con determinada corriente alcance su punto de fusión e interrumpa el paso de la corriente eléctrica a través de el para restablecer es necesario reponer el elemento fusible a la cuchilla y volver a conectar las cuchillas fusibles son por lo general de operación unipolar, en caso de fundirse únicamente una fase, únicamente ésta es repuesta y no necesariamente se tienen que abrir las demás fases. 11.4.3. Interrupt ores de potencia. Los interruptores de potencia tienen la función de desconectar los circuitos eléctricos en cualquiera de las tres condiciones siguientes: •con carga. •en vacío. •en condiciones de falla. Desconexión con falla kilométrica. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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Adicionalmente se debe considerar que los interruptores deben tener también la capacidad de efectuar re cierres cuando sea una función requerida por el sistema al cual se va a instalar. Las características constructivas de los interruptores influyen también de alguna manera en su forma de operación dentro de un sistema eléctrico, dependiendo del medio de extinción del arco y la rapidez de separación de los contactos. 11.4.4. Transform adores de corriente. La función de un transformador de corriente es la reducir a valores normales y no peligrosos, las características de corriente en un sistema eléctrico, con el fin de permitir el empleo de aparatos de medición normalizados, por consiguiente más económicos y que pueden manipularse sin peligro. un transformador de corriente es un transformador de medición, donde la corriente secundaria es, dentro de las condiciones normales de operación, prácticamente proporcional a la corriente primaria, y desfasada de ella un ángulo cercano a cero, para un sentido apropiado de conexiones.

El primario de dicho transformador está conectado en serie con el circuito que se desea controlar, en tanto que el secundario está conectado a los circuitos de corriente de uno o varios aparatos de medición, relevadores o aparatos análogos, conectados en serie un transformador de corriente puede tener uno o varios devanados secundarios embobinados sobre uno o varios circuitos magnéticos separados. 11.4.5. Transform adores de potenci al. En los sistemas eléctricos de potencia se debe tener medición de ciertas cantidades eléctricas y a demás alimentar a los dispositivos de protección tanto de los generadores como de las subestaciones. parte de los elementos necesarios para hacer estas mediciones en alta tensión son los llamados “transformadores de potencial”.

Estos tienen como función principal reducir los valores de voltaje de sistema a valores lo suficientemente bajos para: 1. tener indicaciones de los voltajes del sistema. 2. medición del subministro o del intercambio de energía. 3. alimentación a relevadores para protección. 4. sincronización. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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En general los instrumentos de medición, los indicadores y relevadores están diseñados para operar con voltaje secundario (115 v o 120 v) la calibración de los instrumentos se hace de acuerdo con el voltaje primario del transformador de potencial. Los transformadores de potencial se clasifican desde el punto de vista de su construcción como: 1. transformadores de tipo magnético 2. Transformadores de tipo capacitivo, también conocidos como dispositivos de potencial. a. Transformadores de potencial de tipo magnético. Este tipo de transformadores operan bajo el mismo tipo de inducción que transformadores de potencia, sin embargo a que existen diferencias en requerimientos de su diseño es diferente. la carga que se alimenta por transformadores de potencial es bastante limitada dependiendo de propósitos para los cuales serán usados.

los los los los

El principal objetivo en el diseño de los transformadores de este tipo es minimizar los errores de relación y Angulo en las mediciones que se hacen con ellos y se deben principalmente a: 1. caídas de voltaje en el devanado primario causadas por las corrientes de excitación. 2. caídas de voltaje en ambos devanados causadas por la corriente de carga. b. Transformadores de potencial de tipo capacitivo. Los transformadores de potencial tipo capacitivo también conocidos como “dispositivos de potencial” han tenido un uso cada vez mas amplio para medición y protección en sistemas de alta y en particular de 115 kv y tensiones mayores debido a que resultan un poco más económicos que los transformadores de tipo magnético, además de facilitar el uso de equipo carrier de comunicación acopladores de frecuencia, etc. para propósitos de tele medición, control de tiempo real y en general aspectos de comunicación. 11.4.6. Tablero de contr ol y medición.


139


Los tableros en general son de lámina a gris con un espesor de 3 mm., pintada de gris, en esos tableros además de instalar los equipos de medición se instalan conmutadores, por la parte posterior los esquemas de protección, así como el bus mímico. la altura de los tableros es de 2.28 mts. y los equipos de medición son instalados a una altura de 1.70 m. para ser leídos sin dificultad. 11.4.7. Barras o Tubos conduc tores. Se define como bus a una barra que sirve de medio de transmisión de la tensión ya sea en una subestación o en un tablero, soportado por aisladores y estas pueden ser de cobre o de aluminio.

De Cobre: Este bus es una combinación de materiales de cobre, plata y otros, siendo un porcentaje mayor de cobre, permitiendo que su característica de conducción sea la más típica en uso, además, por su costo barato.

No sepuedemostrar la imagen ne estemomento.

De Aluminio: Este bus es una combinación de materiales de aluminio, plata y otros, siendo un porcentaje mayor de aluminio, permitiendo que su característica de conducción sea mejor que la de cobre, pero por su costo caro es la menos utilizada. 11.4.8. Puesta a tierra. Los sistemas de tierras están constituidos por una serie de electrodos de cobre que forman una red alrededor de la subestación eléctrica. Nos ofrecen una seguridad para el personal y para el propio equipo eléctrico. El principal objetivo de esté sistema es drenar las corrientes de falla del sistema principalmente las producidas a causa de disturbios atmosféricos, evitando al mínimo la producción de potencial en distintos puntos del suelo con respecto a partes mecánicas conectadas a tierra que sean peligrosas al ser humano o que puedan afectar de alguna manera el funcionamiento del equipo eléctrico.


140


11.4.9. Fosas.

Son cubículos o registros por donde llegan los cables de compañía de luz, estas deben tener desagües para evitar que se inunden, su función consiste en permitir el manejo de los cables alimentadores.

11.4.10.

Interr upt or de Transferencia.

El interruptor de transferencia estático (by-pass eléctrico interno) debe operar transfiriendo la carga de la línea de suministro de energía eléctrica del inversor a la línea de suministro de energía de respaldo y viceversa. Esta transferencia deben ser de forma que el suministro de energía eléctrica en la carga no sufra interrupción cuando se cumpla la condición de sincronía y se presenten como mínimo las condiciones siguientes: • • •

•

Falla del inversor Sobre corriente en el inversor Voltaje de salida del inversor mayor o menor a +/-- 10% del valor nominal. Desconexión por bajo voltaje de corriente continua. Transferencia manual. Velocidad no mayor de ¼ de ciclo.

11.4.11. Pararrayos. Los pararrayos o puntas de descarga son dispositivos de protección para la subestación y de toda la instalación en general contra descargas atmosféricas. Consisten en una varilla de material conductor con terminación en punta. Estas varillas se conectan a la red de tierras. el método de los pararrayos es que al existir descargas en la atmósfera, proporcionarles un camino de muy baja ELECTRICISTA INDUSTRIAL

141


impedancia a fin de que se garantice que en caso de ocurrir una descarga, ésta se vaya a tierra a través de las puntas y no a través de otros elementos en donde pudieran ocurrir desgracias que lamentar. 11.4.12. Apartarrayos. Los apartarrayos que se emplean en la protección de las instalaciones y subestaciones son de tipo auto valvular, que tienen la función de limitar las frecuentes apariciones de sobre tensiones. Las sobre tensiones que se presentan en el servicio y precisamente las atmosféricas, sobrepasan muy frecuentemente esta curva. El apartarrayo limita todas las sobre tensiones hasta alcanzar tensiones residuales no peligrosas. 11.4.13. Hilo de Guarda. Este se encuentra en la parte superior de cada una de las torres de la subestación, su función es proteger a las líneas contra descargas. Esta protección consiste en interceptar las descargas atmosféricas y conducirlas a tierra por medio de un conductor conectado a tierra. HILO DE GUARDA.

12. PARALELO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS. 12.1. INTRODUCCIÓN: Se dice en la práctica que dos o más transformadores están conectados en paralelo si sus lados de alta tensión están conectados en la misma red de alta tensión, y los de baja en la red correspondiente.

Fig. Diagrama unifilar.


142


Fig. Diagrama Multifilar.

CONDICIONES TRIFÁSICOS:

PARA

EL

PARALELO

DE

TRANSFORMADORES

Para el perfecto funcionamiento de los transformadores trifásicos en paralelo, se deben cumplir las siguientes condiciones. 1ra. Condici ón. La razón de transformación compuesta del grupo debe ser aproximadamente la misma para todo o sea la misma tensión nominal en los lados de alta y baja tensión.


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Las mismas tensiones nominales evitan corrientes de desequilibrio perjudiciales, cuanto mayor es la diferencia entre razones de transformación tanto mayor son las corrientes de desequilibrio.

2da. Condici ón. Los índices horarios de los grupos de conexión deben ser iguales, o sea, la misma posición de fase en los lados alta y baja tensión.

Ya que así se evitarían que circulen corrientes de compensación entre los distintos transformadores.


144


3ra. Condici ón. Los diferentes transformadores deben preferentemente presentar las mismas tensiones para la condición de cortocircuito.

Con ello se evita que los transformadores soporten cargas distintas, o sea, que por los transformadores con menor tensión de cortocircuito circulen corrientes excesivamente intensas. Es tolerable que las distintas tensiones de cortocircuito difieran en +- 10%. Si la diferencia fuera mayor pueden conectarse inductancias en serie con los transformadores de menor tensión de cortocircuito.

En los transformadores conectados en paralelo con la misma tensión de cortocircuito, la carga total en la red se distribuye proporcionalmente a sus potencias nominales, en caso contrario la carga sobre cada transformador se distribuye en razón inversa a sus tensiones de cortocircuito. Entonces, cuando más alta sea la tensión de cortocircuito, menor será la proporción de carga. 4ta. Condici ón. La relación de las potencias nominales de transformadores a conectar en paralelo debe ser menor que tres a uno. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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La figura siguiente muestra algunas posibilidades de acoplamiento.

Si esta relación fuera mayor también podrían circular en algunos casos corrientes de compensación, pues las diferentes razones Rcc / XL Provocarían distintos desfases entre las diferentes tensiones. 5ta. Condici ón. Correcta conexión de sus polaridades.


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Para evitar cortocircuitos, que pueden presentarse debido a conexiones equivocadas de polos invertidos de los devanados, o sea, fases diferentes, se comprueba la igualdad de fases según las conexiones que siguen: 1º Conéctese el lado de alta tensión 2º Efectúe una conexión del lado de baja tensión 3º Intercálese voltímetros entre la línea y los polos de los devanados libres (en la que se debe poner la escala máxima del voltímetro al doble de su valor) 4º En conexión correcta los voltímetros dan indicaciones nulas. Nota: En caso de tener un sistema con hilo central, se procede como en el caso anterior pero el voltímetro se intercala en los tres polos RS, ST y TR


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N°

ORDEN DE EJECUCIÓN

1 2 3 4 5

Preparar puesto de trabajo Probar aislamiento de devanados del transformador Determinar lados de AT y BT Determinar razón de transformacion compuesta Elaborar esquema de medición analogico de parámetros eléctricos en la SE Conectar circuito voltimétrico de medición Probar circuito voltimétrico de medición Conectar circuito Amperimetrico de medición Probar circuito Amperimétrico de medición Anotar mediciones

6 7 8 9 10


Kit de herramientas para electricist a Pinza Amperímetrica, 0-600V/ 0-100 Amperios Conmutador voltimetrico Voltimetro y amperimetro para trafo de medidas Cosfimetro trifasico Frecuencimetro Vatimetro Frecuencimetro Medidor multifuncion de Energia electrica Transformadores de medida tension y corriente Carga trifasica Módulo didactic o de la Subestacion Eléctrica

DENOMINACIÓN Instala circuito de medición en una subestación eléctrica de BT con transformadores de medida.(8h) ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T09

Tiempo: 8 horas

HOJA:1/2

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TAREA. INSTALA CIRCUITO DE MEDICIÓN EN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE BT CON TRANSFORMADORES DE MEDIDA.

Es una operación que consiste en medir los parámetros eléctricos de una subestación Eléctrica de BT con instrumentos analógicos. PROCESO DE EJECUCIÓN. 1º Paso: Dibuje el esquema de mediciones eléctricas en SE BT, empleando normas.

OBSERVACIÓN: El aprendiz deberá tener como palabra clave la designación de las máquinas, equipos e instrumentos a emplear según normas. 2º Paso: Conectar circuito voltimétrico de medición. a. Disponer transformadores de medida y equipos de medida en mesa de trabajo, según esquema.


149


b. Cablear circuito primario de los transformadores de medida.


150


c. Cablear el circuito de voltimétrico secundario según esquema.


151


Observación: Primario de los transformadores de tensión debe estar en 220V 3º Paso: Probar circuito voltimétrico de medición. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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a. Energizar circuito.

b. En las condiciones anteriores debe ocurrir 2 cosas: 1. Al girar el conmutador voltimétrico este debe hacer que el voltímetro de medida, marque las tres tensiones de línea. 2. El frecuencímetro de lengüetas vibrantes debe medir alrededor de 60 Hz. Observación: Los demás instrumentos no medirán porque les falta la corriente del circuito amperímetro. 4º Paso: Cablear circuito amperímetro de medición según esquema.


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Observación: Primario de los transformadores de corriente deben estar en 10A.


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4º Paso: Probar circuito Amperimétrico de medición. a. Conectar carga trifásica. b. Aumentar carga hasta que los amperímetros marquen.

c.

En las condiciones anteriores deben ocurrir:

1. Todos los instrumentos deben medir. 2. Si el cosfímetro trifásico no marcase, cambie la dirección de la corriente en los bornes de corriente del instrumento. 3. Si el Vatímetro trifásico no marcase, cambie la dirección de la corriente en los bornes de corriente del instrumento. 5º Paso: Anotar mediciones. a. Llenar tabla.

b. Discutir medidas en clases y resolver problemas.


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N°

ORDEN DE EJECUCIÓN

11 Elaborar esquema de medición Analógico de 12 13 14 15 16

parámetros eléctricos en la SE Conectar circuito voltimétrico de medición Probar circuito voltimétrico de medición Conectar circuito Amperimetrico de medición Probar circuito Amperimétrico de medición Anotar mediciones


Kit de herramientas para electricista Pinza Amperímetrica, 0-600V/ 0-100 Amperios Conmutador voltimetrico Voltimetro y amperimetro para trafo de medidas Cosfimetro trifasico Frecuencimetro Vatimetro Frecuencimetro Medidor multifuncion de Energia electric a Transformadores de medida tension y corriente Carga trifasica Módulo didactico de la Subestacion Eléctrica

DENOMINACIÓN Instala circuito de medición en una subestación eléctrica de BT con transformadores de medida.(8h) ELECTRICISTA INDUSTRIAL


HT:T08

Tiempo: 8 horas

HOJA:1/1

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TAREA: INSTALA CIRCUITO DE MEDICIÓN EN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE BT CON MEDIDORES DIGITALES.

Es una operación que consiste en medir los parámetros eléctricos de una subestación Eléctrica de BT con instrumentos digitales (Medidor digital multifunción). PROCESO DE EJECUCIÓN. 1º Paso: Elaborar esquema de medición Digital de parámetros eléctricos en la SE.

2º Paso: Conectar circuito de medición.

OBSERVACIÓN: En la tecnología existen distintos circuitos que podrían ser realizados, en algunos casos se deben usar transformadores de medida 3º Paso: Probar circuito de medición digital. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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PROCESO DE EJECUCIÓN a. Cerrar circuito.

OBSERVACIÓN: 1. La máxima corriente que debe ingresar en el medidor es de 5 amperios. 2. En caso que el medidor digital multifunción marcara error, cambie dos polos RS o ST o TR, de la alimentación hasta que el medidor digital mida correctamente 4º Paso: Anotar mediciones. a. Presionando el botón siguiente valor y el botón aceptación llene la siguiente tabla. Medir

ULN ULL I P Q S Cos Eactiva Ereactiva Eaparente


L1

L2

L3

Unidad

Voltios

Voltios

Amperios

Vatios VAr VA Wh

VAhr VAh

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13. CIRCUITO DE MEDICIÓN DE POTENCIA ACTIVA TRIFÁSICA. 13.1. INTRODUCCIÓN.

El desarrollo del sistema energético es de vital importancia para el país pues es inherente a su capacidad de crecimiento, la demanda de energía es una respuesta al desarrollo por lo que en una subestación de distribución de energía eléctrica debemos monitorear en todo instante los parámetros eléctricos que consume la carga (sea domiciliaria, comercial, industrial etc.), de esta forma poder decidir las acciones preventivas y correctivas y así mejorar el servicio eléctrico que damos a nuestros usuarios.

Finalmente, los instrumentos de medición permitirán al auditor energético la determinación de las variables eléctricas de un sistema eléctrico industrial y con ello definir su eficiencia en el uso de la energía. La figura anterior presenta un diagrama de la subestación de una planta industrial en la que se muestra los distintos instrumentos para realizar el monitoreo de los parámetros eléctricos que exige la carga (Transformadores de ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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medida de tensión y corriente, amperímetros, voltímetro con conmutador voltimétrico, frecuencímetro, cosfímetro trifásico, y vatímetro trifásico)

13.2. TRANSFORMADORES DE MEDIDA.

Los transformadores de medida desempeñan un papel especial dentro de todo grupo de transformadores. En las redes de alta tensión aíslan de las altas tensiones a los aparatos de medida. Además reducen las altas tensiones e intensidades a medir, a valores de fácil medida.

Los transformadores de medida son transformadores utilizados para la alimentación de instrumentos de medida y aparatos de protección. Se dividen en: 1. transformadores de tensión y 2. transformadores de intensidad. Al transformador de tensión se conectan voltímetros y circuitos voltimétricos y al transformador de intensidad, amperímetros y circuitos amperimétricos.


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En instalaciones de alta tensión, los transformadores de medida alejan de los instrumentos de medida el peligro de la alta tensión. Si en las instalaciones de baja tensión se originan corrientes de valor muy elevado, se emplean también transformadores de intensidad para su medida. 13.2.1. TRANSFORMADORES DE MEDIDA DE TENSIÓN. Los transformadores de tensión son transformadores de relación de transformación especialmente exacta y pequeña dispersión. La tensión de salida es por lo general 100v, y la potencia nominal, según tamaño y tensión, de 5 a 300 VA. Al igual que los instrumentos de medida, los transformadores de tensión.

El primario se conecta en paralelo a la tensión de la carga y el secundario se conecta al voltímetro. Se construyen en las clases 1,1 a 3 entre las tensiones de entrada y salida no debe producirse desfase alguno para que los resultados de la medida sean óptimos. El “ángulo de error” varía por debajo de 5 a 40 minutos, según la citada clase. La tensión para la que está previsto el aislamiento (por ejemplo 20Kv) se llama nivel de tensión. El aislamiento de las espiras se prueba a la llamada tensión de ensayo de las espiras (por ejemplo 50 Kv) a frecuencia elevada; el aislamiento del devanado de entrada respecto al núcleo y al devanado de salida se prueba a la tensión del ensayo del devanado (por ejemplo 65Kv). Se utilizan para aumentar el alcance de los aparatos destinados a medir diferencias de potencial o para bobinas voltimétricas de vatímetros, cosfímetros.


161


Como el aparato de medida representa una carga despreciable para el transformador, podemos considerar que este funciona prácticamente en vacío (circuito abierto).

Al desmontar el instrumento de medida no debe cortocircuitarse el secundario del transformador de medida de tensión. Los transformadores de tensión solo pueden trabajar en vacío o con poca carga. Precaución de seguridad. En las instalaciones de alta tensión se debe poner a tierra un borne de salida del transformador de tensión. En caso de contacto entre los devanados de alta y baja tensión se tendrá un cortocircuito a tierra, con lo que el fusible correspondiente desconectará la instalación. Generalmente se pone a tierra el borne v. 13.2.2. TRANSFORMADORES DE MEDIDA DE CORRIENTE. En los transformadores de intensidad, el devanado de entrada está conectado en serie con la red o con el receptor. Toda la corriente de la red circula entonces por el devanado de entrada y origina líneas de campo en el núcleo del transformador. Puesto que el secundario, de mucho más vueltas que la del primario, está prácticamente cortocircuitado por el amperímetro, la densidad de flujo magnético en el núcleo es muy baja.


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Esta se explica por el hecho de que los dos devanados producen campos magnéticos con signo opuesto e igual magnitud. La reducida impedancia interna de los instrumentos prácticamente cortocircuita el secundario el secundario k,l queda prácticamente cortocircuitado por el instrumento de medida, como consecuencia la corriente secundaria dará lugar a un gran flujo magnético en sentido opuesto al primario. Si este flujo desapareciera permitiría que el gran flujo magnético primario calentara excesivamente el núcleo e indujera en el secundario una tensión demasiada elevada, que incluso podría dañar el aislamiento.

La corriente nominal de salida de los transformadores de intensidad 1A o 5A. La potencia nominal varía según el tamaño, entre 5 y 120 VA, Al igual que los transformadores de tensión, los transformadores de intensidad se dividen en clases. El ángulo de error de las transformadores de intensidad es mayor que el de los transformadores de tensión y vale, según la clase y corriente, de 5 a 120 minutos. El aislamiento viene determinado por el llamado nivel de tensión (por ejemplo 0,5 Kv); además es importante la tensión de ensayo del devanado (por ejemplo


163


3 KV). La potencia nominal señala la máxima carga a la que se puede llegar sin que el transformador sobrepase los errores límites admitidos para su clase. Precaución de seguridad. Ya que los amperímetros y circuito Amperimétrico tienen muy poca resistencia, los bornes de salida de los transformadores de intensidad están casi cortocircuitados. Un cortocircuito en el lado de salida no es perjudicial en absoluto e incluso se provoca deliberadamente al cambiar los instrumentos de medida. Por el contrario normalmente es inadmisible el funcionamiento en vacío de los transformadores de intensidad.

La corriente de la red, al atravesar el devanado de entrada, daría lugar a un flujo magnético demasiado elevado en el núcleo que, por funcionar en vacío, no sería debilitado por la corriente del devanado de salida. Dicho flujo originaría en el devanado de salida una tensión demasiado elevada que podría perforar el aislamiento. Además, el núcleo de hierro se calentaría demasiado, con la cual se modificarían sus características magnéticas, de modo que posteriormente el transformador ya no trabajaría con exactitud. Puesto que se debe evitar el funcionamiento en vacío, tampoco se pueden montar fusibles en el lado de salida. Cuando se desmonte el instrumento de medida antes deberá cortocircuitarse los bornes del secundario Se pone el secundario a tierra para que no pueda producirse ninguna situación peligrosa en caso de una descarga del primario al secundario En las instalaciones de alta tensión, el borne de salida K del transformador de intensidad se debe poner a tierra a fin de que se produzca la desconexión en el momento en que la alta tensión pueda llegar al devanado de salida. El devanado de entrada de los transformadores de intensidad puede estar formado por un conductor o por varias espiras. Se distinguen aquí el transformador de intensidad de barra y el transformador de intensidad de bobina.

13.3. FRECUENCÍMETRO DE LENGÜETAS VIB RANTES. La frecuencia es el número de ciclos por unidad de tiempo, se identifica con la letra "f" y la unidad usada en el sistema internacional es el ciclo por segundo, bautizado como Hertz. Las frecuencias industriales más usadas son:

60 Hz Perú, EEUU, México ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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50 Hz Argentina, Europa, Ecuador, Paraguay. El frecuencímetro es un instrumento de medida que sirve para medir frecuencia en Hz, su símbolo es una circunferencia con el símbolo de la unidad de frecuencia

Los frecuencímetros de lengüetas tienen varias tiras de acero sujetas a una barra en un extremo y vibran libremente el otro.

Estas tiras están ubicadas en el campo de un electroimán que será energizado desde el circuito cuya frecuencia ha de medirse. Mediante pesas soldadas, las mencionadas tiras han sido ajustadas en forma muy precisa a las frecuencias de vibración resonantes de tal manera que la que corresponda a las alteraciones del voltaje entrara en vibración.

Los extremos libres de las tiras o lengüetas están vueltas hacia arriba y pintadas de blanco, de modo que la que se encuentre en vibración será indicada por una banda o mancha blanca extendida.

13.4. CONMUTADOR VOL TIMÉTRICO. Es un interruptor de maniobra que conmuta los polos entre línea y fase de tal manera permiten a un voltímetro conectado el, medir las tres tensiones de línea y\o las tres tensiones de fase. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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Conmutador voltimétrico línea fase

En la figura se muestra la conexión del conmutador con la línea - neutro y el voltímetro.

Conmutador voltimétrico fase – neutro

13.4.1. Funcionamiento. La figura muestra el protocolo de prueba del conmutador voltimétrico donde se resume que:

Al inicio no existe ningún contacto: 1.-Al primer golpe se une los polos R-N 2.-.Al segundo golpe se une los polos S-N 3.- Al tercer golpe se une T-N ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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Otros conmutadores por ejemplo tenemos: 2.- Conmutador voltimétrico fase – fase, fase – neutro

3.- Conmutador voltimétrico línea línea.

13.5. COSFÍMETRO TRIFÁSICO. El cosfímetro trifásico nos permite medir el factor de potencia de una instalación eléctrica trifásica. 13.5.1.

Símbolo:


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El factor de potencia se medía tradicionalmente con un instrumento cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de un vatímetro, sin embargo los modernos vatímetros digitales han desplazado estos instrumentos, de tal manera que en la actualidad muchos fabricantes de instrumentación electrónica han dejado de fabricarlos. 13.5.2.

Conexión:

13.5.3.

Especificaciones técnicas:

13.6. VATÍMETRO TRIFÁSICO. El Vatímetro trifásico nos permite medir la potencia activa de una instalación eléctrica trifásica. 13.6.1.

Símbolo:


168


El factor de potencia se medía tradicionalmente con un instrumento cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de un vatímetro, sin embargo los modernos vatímetros digitales han desplazado estos instrumentos, de tal manera que en la actualidad muchos fabricantes de instrumentación electrónica han dejado de fabricarlos. 13.6.2. Conexión:

13.6.3. Especif icacio nes técnicas:

13.7. EL MEDIDOR MULTIFUNCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. El medidor es un instrumento de panel digital programable destinado a la medición de parámetros (Tensión, Corriente, frecuencia, Potencia activa, reactiva, factor de potencia por lina y fase) de red de energía de 3 fases, 3 o 4 hilos, en sistemas equilibrados o desequilibrados con la visualización simultánea de medida cantidades y transmisión digital de sus valores.

Este medidor de parámetros de red permite el control y optimización de dispositivos electrónicos de potencia, sistemas e instalaciones industriales.


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13.7.1. FUNCIONAMIENTO. El medidor asegura la medición de: voltaje RMS y poder actual, activa, reactiva y aparente, energía activa y reactiva, factores, frecuencia de potencia, potencia activa es decir. Voltajes y corrientes se multiplican por dadas las proporciones corriente y tensión de los transformadores de medida. Indicaciones de potencia y energía toman en consideración programado ratio valores.

El valor de cada cantidad medida puede transmitirse al sistema principal a través de la interfaz RS-485. La salida del relé señales de excederse de la cantidad elegida y la salida de impulsos puede usarse para el control de consumo de energía activa trifásico.

13.7.2. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS. El medidor está adaptado para ser montado en un panel por medio de pernos auto ajustables.

La carcasa del medidor está compuesta de un plástico auto extinguible, de dimensiones: 96´ 96´ 70,5 mm. Uno debe preparar un agujero de 91+0,5´ 91+0,5 mm en el panel de medición de SE. y que el espesor no debe exceder 6 mm. ELECTRICISTA INDUSTRIAL

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El medidor debe ser introducido desde el panel frontal sin tensión de alimentación. En la parte posterior del medidor existen regletas que permiten la conexión de cables de hasta 2,5 mm 2. Después de la inserción en el agujero, fijar el contador con los pernos. Entradas de corri ente. Todas las entradas actuales están aislados galvánicamente (transformadores de corriente internos). El medidor está adaptado para cooperar con los transformadores de corriente externos. Muestra los valores actuales y las cantidades derivadas automáticamente las entradas de corriente está en la orden como 1 A 5 A. Entradas de tensión. Las entradas de tensión son recalculadas automáticamente por la razón de transformación de la tensión externa introducida.

Las entradas de tensión son : 3 x 57.7/100 V, 3 x 230/400 V o 3 x 400/690 V. ¿Mensajes después de encender el m edidor. Después de encender la fuente, el medidor se lleva a cabo la prueba de pantalla, esta muestra el nombre del medidor N14 y la versión actual del programa que usa.

Donde: n.nn. es el número de la versión actual del programa o el número de una versión de medida.

¡PRECAUCIÓN! : Si en el momento de iniciar la medición de prueba apareciera el mensaje Err Cal lub Err EE, debe comunicarse con un centro de servicio autorizado. 13.7.3.

PARTES: La figura muestra las partes del medidor:


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13.7.4.

CONEXIONES.

1. Medición directa en una red de 3 hilos


2. Medición semi-indirecta en una red de 3 hilos

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3. Medición indirecta con el uso de 2 transformadores de corriente y 2 o 3 transformadores de voltaje en una red de 3hilos.

4. Medición directa en una red de 4 hilos.


5. Medición semi-indirecta en red de 4 hilos.

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6. Medición indirecta con el uso de 3 transformadores de corriente y 2 o 3 transformadores de tensión en una red de 4 hilos.

13.8. ERRORES EN LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDA. Los transformadores de medida cuando trabajan en alta tensión tienen dos tipos de errores:

Error de relación. Se corrige multiplicándolo con el valor de la razón de transformación del transformador de medida Error de Fase. Se corrige sumando o restando al Angulo entre la tensión y corriente medido por los instrumentos Causa de errores en un transformador de corr iente: Los errores en un transformador de corriente son debidos a la energía necesaria para producir el flujo en el núcleo que induce la tensión en el devanado secundario que suministra la corriente a través del circuito secundario.


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Los ampervueltas totales disponibles para proporcionar la corriente al secundario son iguales a los ampervueltas del primario menos los ampervueltas para producir el flujo del núcleo. Un cambio en la carga secundaria altera el flujo requerido en el núcleo y varia los ampervueltas de excitación del núcleo; el flujo de dispersión en el núcleo cambia las características magnéticas del mismo y afecta a los ampervueltas de excitación Errores en los transformadores de potencial. En los transformadores de potencial existen 2 tipos de errores que afectan a la precisión de las medidas hechas con transformadores de potencial.

Error de relación: Es la diferencia entre la relación verdadera entre la tensión del primario y secundario y la relación indicada en la placa característica. Error de ángulo (fase): Es la diferencia en la posición de la tensión aplicada a la carga secundaria y la tensión aplicada al devanado primario. El error de ángulo se representa con el símbolo (g ), está expresado en minutos y se define como positivo cuando la tensión aplicada a la carga, desde el terminal secundario marcado al no marcado, está adelantada respecto a la tensión aplicada al primario desde el terminal marcado al no marcado. Problema: Mediante un voltímetro y un amperímetro y un vatímetro se desea calcular la potencia (Real ó Verdadera) de una instalación para lo cual se ha medido: Tensión: 100.2 Voltios, Corriente: 3.4 Amperios, Potencia: 280 Vatios El amperímetro estaba conectado a través de un transformador de intensidad cuya relación de transformación era de 15:1. El voltímetro estaba conectado a través de un transformador de Tensión cuya relación de transformación era de 20:1.

Los errores de los transformadores de medida son: Transformador de Intensidad: • Error de relación de transformación........................................0.992 • Error de fase.........................................................................+ 0.75º Transformador de tensión • Error de relación de transformación........................................1.001 • Error de fase..........................................................................- 0.25º


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Solución:

Cálculo del ángulo medido: a. La potencia medida trifásica es igual: Pm 3ϕ =

3U m I m cos ϕ m

b. Despejando el cos ϕ

m

cos ϕ m ϕ m

=

=

Pm 3ϕ

3U m I m

280W

=

3100.2V * 3.4 A

= 0.4745

cos −1 (0.4745) = 61.67 0 Angulo de potencia medido

Cálculo de la tensión verdadera primaria: U 1 = U 2 av ξ = 100.2 x 20 x1.001V V

U 1V =

V

a

2006.004V


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89001620 Instalacion y Acoplamiento de Transformadores

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